WO2010119773A1 - 磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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WO2010119773A1
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torque sensor
magnetostrictive
coil
magnetostrictive torque
housing
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PCT/JP2010/055870
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清水康夫
米田篤彦
有村豊
大庭吉裕
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本田技研工業株式会社
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
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    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
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    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • G01L3/103—Details about the magnetic material used
    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Definitions

  • the present invention relates to a magnetostrictive torque sensor that detects a torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction, and an electric power steering apparatus including the magnetostrictive torque sensor.
  • a magnetostrictive torque sensor that detects torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction is known.
  • the magnetostrictive torque sensor is used for detecting steering torque of a vehicle steering device (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-309184).
  • This type of magnetostrictive torque sensor is provided with two magnetostrictive films (first magnetostrictive film and second magnetostrictive film) having different magnetic anisotropies on a shaft and opposed to the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film.
  • the first coil and the second coil are respectively arranged.
  • torque tilting
  • the magnetic permeability of the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film changes, and each inductance of the first coil and the second coil changes accordingly.
  • Torque can be detected as a change in impedance or induced voltage of the coil and the second coil.
  • a steering shaft is rotatably supported by a housing made of an aluminum alloy by a bearing.
  • the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film are provided on the outer peripheral surface of the central portion in the axial direction of the steering shaft by a plating method or the like.
  • the first coil and the second coil are arranged at positions corresponding to the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film. The ends of the windings of the first coil and the second coil are connected to a connector pin provided separately from the housing.
  • the change in permeability of the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film in accordance with the steering torque becomes the impedance change.
  • the steering torque is detected by converting the electric signal.
  • a resin bobbin that houses a first coil and a second coil that are wound in multiple layers is inserted and assembled in an aluminum alloy housing, and then each of the first coil and the second coil is assembled.
  • the winding start end and winding end are gathered in the vicinity of the insertion hole of the connector.
  • the winding start ends and winding end ends of the first coil and the second coil gathered in the vicinity of the insertion hole of the connector are connected to the pins in advance. . Then, the connector is fixed to the housing with a bolt or the like.
  • a torque sensor 300 configured as shown in FIG. 31 is conceivable. That is, the winding start ends and the winding end ends of the first coil 304a and the second coil 304b accommodated in the resin bobbin 302 and the corresponding pins 308 of the connector 306 are connected in advance, and the entire structure including the connector 306 is included.
  • the resin housing 310 is manufactured by molding with a resin material.
  • the resin housing 310 is fixed to a lid 312 made of an aluminum alloy with bolts 314 (for example, three locations), and further fixed to a second housing 318 made of an aluminum alloy with bolts 316.
  • the steering shaft 320 is provided with the two magnetostrictive films (first magnetostrictive film 322a and second magnetostrictive film 322b) having different magnetic anisotropies.
  • An object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor that solves these problems, and an electric power steering apparatus that improves the steering feeling using the magnetostrictive torque sensor.
  • a magnetostrictive torque sensor includes a magnetostrictive material provided on a shaft member, a coil that detects a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive material, and at least the shaft member, the magnetostrictive material, and the coil.
  • a magnetostrictive torque sensor having a housing that houses a resin part, a cylindrical part made of metal, and a flange part made of metal, and the resin part The cylindrical portion and the flange portion are integrally formed.
  • the cylindrical portion may be made of a soft magnetic metal
  • the flange portion may be made of a soft magnetic metal.
  • the cylindrical portion is made of a nonmagnetic metal
  • the flange portion is made of a nonmagnetic metal.
  • the cylindrical portion and the flange portion may be integrally formed of the same metal.
  • one metal member is comprised by a cylindrical part and a flange part.
  • the housing is disposed at a position near one end of the shaft member and accommodates the magnetostrictive material and the coil.
  • a first housing portion having a cylindrical portion and the flange portion; and a second housing portion made of metal disposed at a position near the other end of the shaft member.
  • the flange is located at a portion for accommodating the coil
  • the flange portion is located at a connection portion between the first housing portion and the second housing portion
  • the resin portion is formed between the coil and the cylindrical portion. It may be located between.
  • the cylindrical portion may be inclined with respect to the axial direction of the shaft member.
  • the AC magnetic flux can be collected and guided to the tip of the shaft member using the gradient of the cylindrical portion.
  • the alternating magnetic flux does not pass through the shaft member, the magnetostrictive film, or the coil, and is less susceptible to the alternating magnetic field.
  • the magnetostrictive material and the coil are provided near one end of the shaft member, and the cylindrical portion has a size of an opening near one end of the shaft member. However, it may be set smaller than the size of the opening near the other end of the shaft member. Also in this case, since the alternating magnetic flux can be collected and guided to the tip of the shaft member, the alternating magnetic flux does not pass through the shaft member, the magnetostrictive film or the coil, and is less susceptible to the alternating magnetic field.
  • the housing further accommodates a pin to which the winding start end of the coil is connected and a pin to which the winding end end of the coil is connected, and is electrically connected to an external device.
  • the external connection member may be formed, and the external connection member may be formed integrally with the resin portion.
  • a soft magnetic metal member may be provided in the vicinity of the coil. In this case, since the magnetic flux in the vicinity of the coil passes through the soft magnetic metal member, the detection value is stabilized.
  • the soft magnetic metal member may have a hollow cylindrical shape. Since it becomes a cylindrical ring, it can be directly provided on the shaft member.
  • the soft magnetic metal member may be a member made separately from the shaft member. Unlike the case where the shaft member is integrally formed, one or a plurality of metal members can be freely assembled at a position where the detected value is stable.
  • the soft magnetic metal member may be provided at both axial ends of the coil. Since there are soft magnetic metal members at both ends in the axial direction of the coil, the magnetic flux can pass only in the inside, so that the detection value is stabilized.
  • the soft magnetic metal member may have a slit formed in a part thereof. Since there is a slit in the soft magnetic metal member, no eddy current is generated in the soft magnetic metal member, so no magnetic flux is generated in the direction to cancel the magnetic flux of the coil, and torque can be detected without degrading sensitivity. Can do.
  • a housing for housing the magnetostrictive torque sensor is provided.
  • the housing includes an opening in the axial direction of the shaft member, and the soft magnetic metal member is provided in the opening. It may be done. Since the magnetic flux of the coil that is about to go out of the housing passes through the soft magnetic metal member, the detection value is stabilized.
  • the driver has a steering torque sensor that detects a steering torque generated when the driver steers the steering wheel of the vehicle, and directly applies the motor power to the steering system so that the driver
  • the steering torque sensor includes a magnetostrictive film provided on a steering shaft, a coil for detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive film, at least the steering shaft, and the magnetostriction.
  • a housing for housing the membrane and the coil, the housing having a resin part, a cylindrical part made of metal, and a flange part made of metal, and the resin part and the cylindrical part And the flange portion are formed integrally.
  • the alternating magnetic flux does not pass through the shaft member, the magnetostrictive material, or the coil, and is hardly affected by the alternating magnetic field. As a result, the steering torque can be detected accurately.
  • the electric power steering apparatus of the present invention even if an alternating magnetic field is generated in the peripheral device, it does not pass through the steering shaft, so that no noise is generated, vibration is reduced, and the response is quiet and responsive. In addition to being able to obtain a good and smooth steering feeling, it does not adversely affect other steering shafts such as a steering angle sensor or the like and sensors provided in the vicinity thereof.
  • FIG. 6A is a process diagram illustrating a state in which the first resin portion is manufactured by a resin mold
  • FIG. 6B is a process diagram illustrating a state in which the first resin portion and a metal member are assembled
  • FIG. 6B is a process diagram illustrating a state in which the first resin portion and a metal member are assembled
  • FIG. 7A is a process diagram illustrating a state in which the resin mold member is released from the mold
  • FIG. 7B is a process diagram illustrating a state in which the first housing part is manufactured by inserting a seal member into the upper part of the resin mold member. It is. It is a perspective view which shows a 1st disc and a 2nd disc. It is explanatory drawing which shows the structure when there is no 1st disk and a 2nd disk with the magnetic path of the alternating magnetic flux of a 1st coil and a 2nd coil.
  • FIG. 11A is an explanatory diagram showing the operation of the first disc and the second disc
  • FIG. 11B is an explanatory diagram showing the operation of a disc without a slit.
  • FIG. 11A is an explanatory diagram showing the operation of the first disc and the second disc
  • FIG. 11B is an explanatory diagram showing the operation of a disc without a slit.
  • FIG. 14A is a side view showing the main part of the first torque sensor with a part omitted
  • FIG. 14B is a side view showing the main part of the conventional torque sensor with a part omitted
  • FIG. 10 is a process diagram showing a state in which a magnetostrictive film is formed by masking a steering shaft in a conventional torque sensor.
  • FIG. 16A is a characteristic diagram showing variation in the axial direction of the current density on the plating film surface in the process of forming the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film by plating
  • FIG. 16B is a characteristic diagram showing the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film.
  • FIG. 21A is a characteristic diagram showing the axial variation of the current density on the plating film surface in the process of forming the magnetostrictive film by plating
  • FIG. 21B is a characteristic diagram showing the axial variation of the magnetostrictive film thickness.
  • FIG. 22A is a process diagram showing a state where the upper part of the magnetostrictive film is heated at high frequency
  • FIG. 22B is a process diagram showing a state where the lower part of the magnetostrictive film is heated at high frequency.
  • FIG. 21A is a characteristic diagram showing the axial variation of the current density on the plating film surface in the process of forming the magnetostrictive film by plating
  • FIG. 21B is a characteristic diagram showing the axial variation of the magnetostrictive film thickness.
  • FIG. 22A is a process diagram showing a state where the upper part of the magnetostrictive film is heated at high
  • FIG. 3 is a side view showing a first preferred specific example with a part broken away in the first torque sensor. It is a perspective view which shows the ring fixed to the steering shaft of a 1st torque sensor.
  • FIG. 26A is an explanatory diagram showing a state in which an alternating magnetic flux passes through the steering shaft in a normal magnetostrictive torque sensor, and
  • FIG. 26B shows a state in which the passage of the alternating magnetic flux into the steering shaft is blocked in the first torque sensor. It is explanatory drawing shown.
  • FIG. 6 is a side view showing a partially broken structure having an intermediate film in the first torque sensor.
  • FIG. 6 is a side view showing a second preferred specific example with a part broken away in the first torque sensor.
  • Embodiments of a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • the electric power steering device 10 has a steering torque and a steering angle generated by the driver operating the steering wheel 12.
  • the steering shaft 14, the first universal joint 16 a, the intermediate shaft 18, 2 is input to the steering shaft 22 of the steering gear box 20 via the universal joint 16b and the connecting portion 17 (for example, serration).
  • the steering gear box 20 includes the above-described steering shaft 22 (shaft member) and a magnetostrictive torque sensor (hereinafter referred to as a first torque sensor 50A) according to the first embodiment, which is a steering torque sensor that detects the steering torque of the driver. And a motor 52 (for example, a brushless motor) that assists the driver's steering, and a speed reducer 54 (worm 56 and worm wheel 58: see FIG. 2) that boosts the rotational torque of the motor 52.
  • the steering shaft 22 is connected to one end of the steering wheel 12 via the steering shaft 14, the first universal joint 16a, the intermediate shaft 18 and the second universal joint 16b, and the other end is a rack and pinion gear 60.
  • the pinion gear 66 is configured.
  • the rotational torque boosted by the reduction gear 54 is converted into axial thrust of the rack shaft 64 via the pinion gear 66 of the rack and pinion gear 60, and the left and right tires 70a and 70b via the tie rods 68a and 68b. Is transmitted to. Accordingly, the tires 70a and 70b rotate around the vertical direction according to the steering angle of the steering wheel 12, and the direction of the vehicle changes.
  • control device 72 drives and controls the motor 52 based on a signal from, for example, the vehicle speed sensor 74 based on at least a signal from the first torque sensor 50A.
  • various wirings for example, wiring between the control device 72 and the first torque sensor 50A, wiring between the control device 72 and the motor 52, and the like are omitted.
  • the steering torque when operated by the driver is detected by the first torque sensor 50A, and the motor 52 is controlled according to the signal from the vehicle speed sensor 74 or the like via the control device 72 based on the output signal of the first torque sensor 50A.
  • Drive control The motor-generated torque at this time is applied to the pinion gear 66 of the rack and pinion gear 60.
  • the torque necessary to rotate the steering wheel 12 is reduced, and the driver's steering torque burden is reduced.
  • the steering torque Ts is reduced to 1 / (1 + k A ) of the pinion torque Tp at the time of non-assist.
  • the reaction force from the road surface to the tire decreases, so that the feeling of response when operating the steering wheel 12 decreases, but the constant k A is a function of the vehicle speed.
  • the steering torque Ts can be increased to give a feeling of response.
  • the first torque sensor 50A includes one magnetostrictive film 80 (magnetostrictive material) provided on the outer peripheral surface of the steering shaft 22 provided with a pinion gear 66 at the other end, and a steering shaft. 22, a first coil 82a and a second coil 82b that detect a change in the magnetic permeability of the magnetostrictive film 80 that changes in accordance with the torsional torque applied to the two, and one bobbin that houses the first coil 82a and the second coil 82b.
  • magnetostrictive film 80 magnetictostrictive material
  • the housing 88 includes at least the steering shaft 22, the magnetostrictive film 80, the first coil 82a and the second coil 82b, the bobbin 84, the first disk 86a and the second disk 86b.
  • the steering shaft 22 is rotatably supported by the housing 88 by a bearing installed at least in the central portion and a bearing installed at the other end.
  • the first coil 82a and the second coil 82b are each provided with a magnetic shield back yoke (not shown).
  • the housing 88 is located near one end of the steering shaft 22 (end on the steering wheel 12 side), and at least the magnetostrictive film 80, the first coil 82a, and the second coil.
  • the first housing part 88a has a resin part 90, a cylindrical part 92 made of soft magnetic metal, and a flange part 94 made of soft magnetic metal, and the resin part 90 and cylindrical part 92. And the flange portion 94 are integrally formed.
  • integralally forming includes “integral molding”.
  • the cylindrical portion 92 is located in a portion of the first housing portion 88a that accommodates at least the first coil 82a and the second coil 82b, and the flange portion 94 includes the first housing portion 88a and the second housing.
  • the resin portion 90 is located between the first coil 82 a and the second coil 82 b and the cylindrical portion 92 and closer to one end portion of the steering shaft 22.
  • the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 are integrally formed of the same soft magnetic metal. Therefore, in the following description, a member in which the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 are integrally formed is referred to as a metal member 96.
  • the opening size near one end of the steering shaft 22 is set smaller than the opening size near the other end of the steering shaft 22. Accordingly, the cylindrical portion 92 is inclined with respect to the axial direction of the steering shaft 22 when viewed in a longitudinal section.
  • the first housing portion 88a has a connector 98 (external connection member) that is electrically connected to an external device.
  • the connector 98 includes a plurality of pins 100 to which various end portions (winding start end, winding end end) of the first coil 82a and the second coil 82b are connected (pins to which the winding start end of the first coil 82a is connected, A pin to which the winding end of the first coil 82a is connected, a pin to which the winding start of the second coil 82b is connected, and a pin to which the winding end of the second coil 82b is connected).
  • the connector 98 is formed integrally with the resin portion 90 by a resin mold, and is configured as a part of the resin portion 90.
  • a first O-ring 102a is interposed between the upper surface of the cylindrical portion 92 and the resin portion 90, and a second O-ring is provided between the lower surface of the flange portion 94 integrated with the cylindrical portion 92 and the second housing portion 88b.
  • the ring 102b is interposed, the seal member 104 is inserted between the upper portion of the resin portion 90 and the steering shaft 22, and the flange portion 94 and the second housing portion 88b are integrally fixed by, for example, three bolts 106. Is done.
  • the first O-ring 102a, the second O-ring 102b, and the seal member 104 maintain the airtightness of the first torque sensor 50A and the steering gear box 20 (see FIG. 1).
  • one magnetostriction made of a magnetostrictive material of Fe—Ni type (Fe—Co alloy, SmFe alloy, etc.) having a thickness of 5 to 100 ⁇ m may be used.
  • the film 80 is provided by a plating method (may be a spraying method, a sputtering method, a vapor deposition method, a bonding method, or the like).
  • the film can be formed on the outer peripheral surface of the steering shaft 22 with a substantially uniform film thickness with good adhesion.
  • an outer peripheral portion of the steering shaft 22 where the magnetostrictive film 80 is formed is appropriately subjected to alkali cleaning, water cleaning, acid cleaning, or the like after machining so that adhesion to the magnetostrictive film 80 is improved.
  • the magnetostrictive film 80 is provided with a different first anisotropic portion 108a and second anisotropic portion 108b which are different from each other, such as detection data DT1 and DT2 shown in the output characteristics of FIG. A characteristic having an inverse gradient can be obtained.
  • anisotropy to the magnetostrictive film 80 will be described in detail later.
  • high-frequency induction is performed while applying reverse torques of, for example, about 5 to 200 Nm (more or less depending on the requirement).
  • a heat treatment method such as heating, for example, heating is performed for several seconds to several hundred seconds so as to be about 300 to 500 ° C.
  • the strain caused by the torque in the opposite direction applied to the magnetostrictive film 80 via the steering shaft 22 is removed, and thereafter, the state is generally set so that no stress acts. In this state, cool to room temperature.
  • the reason why the strain due to torque is removed by heating is considered to be due to the occurrence of creep in the magnetostrictive film 80 by heating.
  • the first anisotropic portion 108a and the second anisotropic portion 108b opposite to each other are provided to the magnetostrictive film 80, respectively.
  • first coil 82 a and the second coil 82 b are connected to corresponding pins among the plurality of pins 100 of the connector 98, and the first coil 82 a and the second coil 82 are connected by the control device 72 via the connector 98.
  • the coil 82b is energized with alternating current.
  • changes in the magnetic permeability of the first anisotropic portion 108a and the second anisotropic portion 108b of the magnetostrictive film 80 generated according to the steering torque are detected as impedance changes, respectively, as shown in FIG.
  • the first detection voltage VT1 and the second detection voltage VT2 are converted into the first detection voltage VT1 and the second detection voltage VT2, respectively.
  • the digital first detection data DT1 and second detection data DT2 are converted. It is converted and output.
  • the interface unit 110 may be provided in the control device 72 or in the housing 88.
  • the motor 52 is controlled based on the obtained torque detection data DT3.
  • the resin portion 90 is accommodated with the bobbin 84 around which the first coil 82a and the second coil 82b are wound, and various types of the first coil 82a and the second coil 82b are accommodated. Since the connector 98 containing the plurality of pins 100 to which the ends are connected is made of resin, the various ends of the first coil 82a and the second coil 82b are in contact with other metal members. This eliminates the problem and solves the conduction failure.
  • the metal portion 96 of the housing 88 that is, the metal member 96 (cylindrical portion 92 and flange portion 94) made of an iron alloy and one end of the steering shaft 22 pass through, and the magnetostrictive film 80, the first coil 82a, Since it does not pass through the two coils 82b, the problem that noise is mixed in detection signals such as the first detection voltage VT1 and the second detection voltage VT2 can be solved.
  • the metal member 96 has the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 having a slight gradient in the longitudinal section. Therefore, the AC magnetic flux ⁇ is collected and steered using the gradient of the cylindrical portion 92. It can be guided to the tip of the shaft 22 (on the second universal joint 16b side) and does not pass through the axial center portion of the steering shaft 22 or the magnetostrictive film 80 or the first coil 82a and the second coil 82b. Is no longer affected.
  • the first torque sensor 50A can eliminate the low-pass filter, there is no delay due to the low-pass filter, and the first detection voltage VT1 and the first detection voltage 2
  • the response of various signals such as the detection voltage VT2 can be improved, an output signal (torque detection data DT3) with a wide dynamic range can be obtained, and a smooth steering feeling without an assist delay by the motor 52 can be obtained. be able to.
  • the first torque sensor 50A has an advantage that it does not adversely affect the steering shaft 22 such as a rudder angle sensor or a sensor provided in the vicinity thereof.
  • the first resin portion 90a in which the connector 98 is integrally formed of resin is produced by resin molding.
  • a metal member 96 in which the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 are integrally formed of the same soft magnetic metal is prepared, and the first resin portion 90a and the metal member 96 are connected to the first O-ring. Assemble via 102a.
  • the assembled first resin portion 90a and the metal member 96 are put into the mold dies 112a and 112b, and the resin is injected between the cylindrical portion 92 and the first resin portion 90a.
  • the second resin portion 90b is formed.
  • the first resin portion 90a and the second resin portion 90b are integrated into the resin portion 90, and at least the first coil 82a, the second coil 82b, the bobbin 84, the cylindrical portion 92, and the flange portion 94 are resin-molded.
  • the resin mold member 114 in which the connector 98 is integrally formed is completed.
  • the resin portion 90, the cylindrical portion 92 made of soft magnetic metal, and the flange portion 94 made of soft magnetic metal are provided.
  • the first housing portion 88a configured by integrally forming the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 can be easily manufactured.
  • the lengths of the paths are different (not symmetric), and the outputs detected by the first coil 82a and the second coil 82b are different.
  • the magnitude of the first detection data DT1 differs from the design value.
  • the median value of the torque the torque value at which the first detection data DT1 and the second detection data DT2 match).
  • the diagnostic determination value DT4 obtained by DT1 + DT2 is likely to deviate from the safe range ha, and as a result, it may be erroneously determined as a failure and stop assist control by the motor 52. There is.
  • the magnetic flux ⁇ 1 of the first coil 82a is a magnetic force of an iron alloy such as the first universal joint 16a, the second universal joint 16b, the intermediate shaft 18 and the steering shaft 14 attached between the steering shaft 22 and the steering wheel 12. Affected.
  • the first universal joint 16a, the intermediate shaft 18, the second universal joint 16b, and the steering shaft 14 are assembled after the steering gear box is assembled and adjusted at the factory and then assembled to the automobile, the first coil The magnetic flux ⁇ 1 of 82a will pass to the steering shaft 14, and the path of the magnetic flux ⁇ 2 of the second coil 82b will take a path that is significantly different from that of the second coil 82b.
  • the value of the detected torque will shift.
  • the magnetic flux ⁇ 1 and the magnetic flux ⁇ 2 may adversely affect other steering shafts such as a steering angle sensor or a sensor provided in the vicinity thereof.
  • the first disk 86a and the second disk 86b are attached. Since the first disk 86a and the second disk 86b are made of a low-carbon iron alloy that is a soft magnetic material, as shown in FIG. 11A, the controller 72 is AC-energized and passes, for example, the alternating magnetic flux ⁇ 1. However, it has the property of not being magnetized. Therefore, as shown in FIG. 11A
  • the path of the alternating magnetic flux surrounding the first coil 82a (the alternating magnetic flux ⁇ 1 of the first coil 82a) is a path passing through the first disk 86a, and the second coil 82b
  • the path of the alternating magnetic flux (alternating magnetic flux ⁇ 2 of the second coil 82b) surrounding the circumference is a path that passes through the second disk 86b, and forms a symmetrical magnetic path.
  • the operation of the slit 85 shown in FIG. 8 will be described.
  • slits 85 are provided in the first disc 86a and the second disc 86b, respectively.
  • the magnetic path of the alternating magnetic flux ⁇ 1 and the magnetic path of the alternating magnetic flux ⁇ 2 are symmetrical, as shown in FIG. 1, the first universal joint 16a, the intermediate shaft 18 and the second free magnetic Even if the joint 16b and the steering shaft 14 are present, the median value of the steering torque (the detected value when the steering torque is zero) is not shifted between the first anisotropic portion 108a and the second anisotropic portion 108b.
  • the diagnosis determination value DT4 obtained by adding the first detection data DT1 and the second detection data DT2 also does not deviate from the safe range ha, and may be erroneously determined as a failure. Absent.
  • the magnetic path of the alternating magnetic flux ⁇ 1 is a narrow magnetic path around the first coil 82a and passing through the first disk 86a
  • the magnetic path of the alternating magnetic flux ⁇ 2 is the same as that of the second coil 82b. Since this is a narrow magnetic path passing through the second disk 86b, the alternating magnetic flux ⁇ 1 and the alternating magnetic flux ⁇ 2 are provided on the steering shaft such as a rudder angle sensor or the vicinity thereof. Does not adversely affect the sensor.
  • the slit 85 may not be provided in the first disk 86a and the second disk 86b.
  • the first disk 86a and the second disk 86b are provided at both ends of the bobbin 84.
  • the steering shaft 22 is symmetrical with respect to the axial center of the magnetostrictive film 80. You may install the 1st disc 86a and the 2nd disc 86b in a position.
  • the first disc 86 a is installed in a portion of the steering shaft 22 that contacts the upper end surface of the bobbin 84
  • the second disc 86 b is installed in a portion that contacts the lower end surface of the bobbin 84.
  • the 1st disc 86a and the 2nd disc 86b in the position symmetrical with respect to the axial direction center of the magnetostrictive film 80 among the 1st housing parts 88a.
  • the first disk 86a is installed near the upper opening
  • the second disk 86b is installed near the lower opening.
  • the alternating magnetic flux ⁇ 1 of the first coil 82a going out to the outside of the first housing part 88a passes through the first disk 86a and the alternating of the second coil 82b going out to the outside of the first housing part 88a. Since the magnetic flux ⁇ 2 passes through the second disk 86b, the detection value is stable, and the torque can be accurately detected. In addition, other sensors and the like are not adversely affected.
  • first disk 86a and the second disk 86b are hollow and cylindrical, as described above, the first disk 86a and the second disk 86b may be provided directly on the steering shaft 22, Since the first coil 82a and the second coil 82b need only be provided on the bobbin 84 around which the first coil 82a and the second coil 82b are wound, the degree of freedom of attachment is high and adjustment is not necessary. In addition, the size can be reduced.
  • first disc 86a and the second disc 86b are configured by members made separately from the steering shaft 22, the first disc 86a and the second disc 86a are different from those formed integrally with the steering shaft 22.
  • the two-disc 86b can be freely assembled at a position where the detection value is stable, and the first torque sensor 50A can be easily manufactured.
  • FIG. 14A the magnetostrictive film 80 provided with the opposite first anisotropic portion 108a and second anisotropic portion 108b will be described with reference to FIGS. 14A to 18.
  • FIG. 14A the magnetostrictive film 80 provided with the opposite first anisotropic portion 108a and second anisotropic portion 108b will be described with reference to FIGS. 14A to 18.
  • FIG. 14A the magnetostrictive film 80 provided with the opposite first anisotropic portion 108a and second anisotropic portion 108b
  • the first torque sensor 50A is different from each other in one magnetostrictive film 80 formed on the steering shaft 22, that is, opposite to the first anisotropic portion 108a and the second anisotropic portion.
  • a characteristic portion 108b is provided so that characteristics having opposite gradients such as detection data DT1 and DT2 shown in the output characteristics of FIG. 4 can be obtained.
  • a first back yoke 150a and a second back yoke 150b for magnetic shielding are attached to the first coil 82a and the second coil 82b of the first torque sensor 50A, respectively.
  • the conventional magnetostrictive torque sensor 208 has two magnetostrictive films (a first magnetostrictive film 244a and a second magnetostrictive film 244b) formed on the surface of the steering shaft 202 by, for example, Ni—Fe plating.
  • the film is formed with a predetermined axial width so that the vertical positional relationship is in the vertical direction and the magnetic anisotropy is in the reverse direction.
  • a first back yoke 250a and a second back yoke 250b for magnetic shield are attached to the first coil 246a and the second coil 246b, respectively.
  • the steering shaft 210 is moved to the first mask as shown in FIG.
  • the first magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b are provided on the steering shaft 210 by performing an electroplating process by immersing in a plating bath in a state masked by the 256a to the third mask 256c. Since electric lines of force concentrate at the boundary between the steering shaft 210, which is a conductor, and the first mask 256a to the third mask 256c, as shown in FIG.
  • the exposed portion of the steering shaft 210 (first The current density at the upper and lower ends in the axial direction of the first magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b is increased.
  • FIG. 16B the first magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b.
  • the film thickness at the upper and lower ends in the axial direction is locally increased, and a portion having a non-uniform film thickness is formed.
  • the output characteristics (the detection signal VT1 from the first coil 246a and the detection signal VT2 from the second coil 246b) are obtained.
  • the voltage (midpoint voltage) and gain when the steering torque is zero are different between the first magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b, or the voltage (midpoint voltage) and gain are not uniform. Inconvenience arises that it is different from the case where it is not opposed to a particular part.
  • the first magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b are made longer in the axial direction than the first coil 246a and the second coil 246b.
  • the magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b are positioned so that the first coil 246a and the second coil 246b face each other at a portion where the film thickness of each central portion is constant.
  • the film 244a and the second magnetostrictive film 244b coincide with each other.
  • the first torque sensor 50A has a plurality of different magnetic anisotropies (first anisotropic portion 108a and second anisotropic portion 108b) on one magnetostrictive film 80 provided on the outer peripheral surface of the steering shaft 22. Since the first mask 256a and the second mask 256b are used as masks as shown in FIG. 20 (the third mask 256c is unnecessary) as shown in FIG. Only the lower end. Since the first coil 82a and the second coil 82b need only avoid these two locations, the axial length of the magnetostrictive film 80 can be shortened, and the overall length of the first torque sensor 50A can be made shorter than before. can do.
  • the difference between the first torque sensor 50A and the conventional magnetostrictive torque sensor 208 will be described assuming specific dimensions.
  • the axial length La of the portion where the film thickness of the first magnetostrictive film 244a is uniform is 8 in consideration of the positional deviation from the first coil 246a.
  • the lengths Lb1 and Lb2 in the axial direction of the portions with the non-uniform film thickness (upper end portion and lower end portion) are 1 to 2 mm, respectively.
  • the axial length Lc of the portion having a uniform film thickness is 8 to 10 mm in consideration of the positional deviation with respect to the second coil 246b.
  • the lengths Ld1 and Ld2 in the axial direction of the portion) are 1 to 2 mm, respectively.
  • the length Lg of the gap 248 between the first magnetostrictive film 244a and the second magnetostrictive film 244b is governed by the dimension of the third mask 256c (see FIG. 15) and is about 7 to 10 mm. Accordingly, the length Le from the upper end of the first magnetostrictive film 244a to the lower end of the second magnetostrictive film 244b is 27 to 38 mm.
  • the axial direction length LK2 of the second anisotropic portion 108b is set to 8 to 10 mm in consideration of the positional deviation with respect to the second coil 82b.
  • the length Lh from the upper end to the lower end of the magnetostrictive film 80 is 19 to 26 mm, which can be significantly shorter than the conventional case.
  • the first torque sensor 50A can greatly reduce the axial length of the magnetostrictive film 80 as compared with the conventional one, and as a result, the axial length of the entire steering shaft 22 can also be shortened. Therefore, it is possible to effectively reduce the size of the electric power steering apparatus 10 in which the first torque sensor 50A is installed.
  • the manufacturing method of the present embodiment includes a magnetostrictive film forming step S1, a first torque applying step S2, a first high-frequency heating step S3 in a torque applied state, and a first torque applied state.
  • a first mask 256a is installed at one end portion of the steering shaft 22, and a second mask 256b is provided from the other end portion of the steering shaft 22 in the longitudinal center portion.
  • the conventionally used third mask 256c (see FIG. 15) need not be installed.
  • the steering shaft 22 provided with the first mask 256a and the second mask 256b is immersed in a plating bath and subjected to an electroplating process (for example, Ni—Fe plating process), and a film thickness of about 40 ⁇ m is formed on the exposed portion.
  • an electroplating process for example, Ni—Fe plating process
  • 1st torque application process S2 is a process of applying torsion torque to the steering shaft 22 in one direction.
  • the torsion torque applied to the steering shaft 22 is 50 Nm or more and 100 Nm or less if the main component of the magnetostrictive film 80 is iron nickel.
  • the first high-frequency heating step S3 in the torque application state as shown in FIG. 22A, after the first mask 256a and the second mask 256b are removed, heat treatment is performed with a predetermined torsional torque applied to the steering shaft 22. In the process, it is performed for the purpose of providing magnetic anisotropy in a predetermined direction on the upper portion of the magnetostrictive film 80.
  • the upper periphery of the magnetostrictive film 80 is surrounded by a heating coil 152, a high-frequency current is passed through the heating coil 152, and the magnetostrictive film 80 is heated for a predetermined time.
  • the first cooling step S4 in the torque application state is a step of cooling to the normal temperature in a state where a predetermined torsion torque is applied to the steering shaft 22.
  • the first torque releasing step S5 is a step of providing magnetic anisotropy on the upper portion of the magnetostrictive film 80 by releasing the torsional torque from the steering shaft 22. As a result, the first anisotropic portion 108 a is provided above the magnetostrictive film 80.
  • the second torque applying step S6 is a step of applying torsional torque to the steering shaft 22 in the other direction (the direction opposite to one direction).
  • the torsion torque applied to the steering shaft 22 is 50 Nm or more and 100 Nm or less.
  • the second high-frequency heating step S7 in the torque application state is a step of performing heat treatment in a state where a predetermined torsional torque is applied to the steering shaft 22, and in the lower part of the magnetostrictive film 80, a magnetic difference in a predetermined direction is formed. This is done for the purpose of providing directionality.
  • the lower part of the magnetostrictive film 80 is surrounded by a heating coil 152, a high-frequency current is passed through the heating coil 152, and the magnetostrictive film 80 is heated for a predetermined time.
  • the second cooling step S8 in the torque application state is a step of cooling to the normal temperature in a state where a predetermined torsion torque is applied to the steering shaft 22.
  • the second torque releasing step S9 is a step of providing magnetic anisotropy below the magnetostrictive film 80 by releasing the torsional torque from the steering shaft 22. As a result, the second anisotropic portion 108 b is provided below the magnetostrictive film 80.
  • the coil arrangement step S10 is a step of arranging multiple winding coils (first coil 82a and second coil 82b) for detecting a change in magnetostriction characteristics around the magnetostrictive film 80.
  • the magnetostrictive torque sensor 50A according to the present embodiment is manufactured through the above-described steps.
  • the material of the steering shaft 22 is, for example, chrome molybdenum steel (JIS-G-4105, symbol: SCM).
  • the magnetostrictive film 80 is a Ni—Fe-based alloy film formed by plating on the outer peripheral surface of the steering shaft 22.
  • the thickness of this alloy film is preferably 5 to 40 ⁇ m.
  • the Ni—Fe-based alloy film contains approximately 35% by weight of Fe, the magnetostriction constant tends to increase, so the magnetostriction effect tends to increase. It is desirable to use a material having such an Fe content.
  • a process for imparting unidirectional anisotropy to the magnetostrictive film 80 is performed. That is, the heating coil 152 is disposed so as to surround the upper portion of the magnetostrictive film 80 (the portion that becomes the first anisotropic portion 108a), and then, for example, a torsional torque of 100 Nm is applied to the steering shaft 22 in one direction (first Torque application step S2). Then, while applying a torsional torque in one direction, a high frequency current of about 500 kHz to 3 MHz is passed through the heating coil 152 for 1 to 10 seconds to heat the upper portion of the magnetostrictive film 80 at a high frequency (first high frequency heating step S3).
  • FIG. 23 is a sequence diagram showing the timing of torque application to the steering shaft 22, high frequency heating, cooling, and torque release.
  • the horizontal axis is time, and the vertical axis is applied torque or temperature.
  • the torsion torque Tr is applied to the steering shaft 22.
  • Tu 1 to 10 seconds
  • Tmp 300 ° C.
  • cooling is performed with the torsion torque Tr applied (first cooling step S4). This cooling may be natural cooling.
  • a process for imparting anisotropy in the other direction to the magnetostrictive film 80 is performed. That is, as shown in FIG. 22B, the heating coil 152 is disposed so as to surround the lower portion of the magnetostrictive film 80 (the portion that becomes the second anisotropic portion 108b), and then a torsion torque of, eg, 100 Nm is applied to the steering shaft 22 this time. Is applied in the other direction (the direction opposite to the one direction) (second torque applying step S6).
  • Tmp 300 ° C.
  • the supply of the high-frequency current to the heating coil 152 is stopped, and cooling is performed with the torsional torque applied (first operation).
  • Tmh a temperature below the magnetostrictive film 80
  • Tmh for example, room temperature
  • the magnetostrictive film 80 is heated by high-frequency heating, the magnetostrictive film 80 can be locally heated as shown in FIGS. 22A and 22B, and a plurality of different magnetic anisotropies can be formed in one magnetostrictive film 80. Can be provided accurately.
  • the ring 154 is fixed at a position near one end portion of the steering shaft 22.
  • the ring 154 is fixed between the upper end of the magnetostrictive film 80 and the lower end of the seal member 104 in the steering shaft 22.
  • the distance from the upper end of the ring 154 to the lower end of the seal member 104 is, for example, in the range of 0 mm or more and 5 mm or less.
  • the ring 154 is made of a nonmagnetic material that is a good conductor (low electrical resistance), such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), and the like, and has a low volume resistivity. In this example, it is made of an Al material.
  • the ring 154 preferably has a thickness capable of generating eddy currents on the radially outer side of the steering shaft 22.
  • the length h in the axial direction is 1 to 5 mm and the thickness t in the radial direction is 1 to 5 mm, but other dimensions may be used.
  • the magnetic flux ⁇ of the rotating machine leaks and penetrates through the base material of the steering shaft 22 as shown in FIG. 26A.
  • the first torque sensor 50A shown in FIG. 24 since the ring 154 is provided on the steering shaft 22, even if the magnetic flux of the rotating machine leaks, as shown in FIG. Will not penetrate.
  • the passage of the alternating magnetic flux ⁇ to the steering shaft 22 is suppressed, so that the sensor signal output from the first torque sensor 50A is almost affected by the alternating magnetic flux ⁇ .
  • the first torque sensor 50A can be manufactured at a low price and is stable because it is easy to assemble and manufacture and is inexpensive and easily available (compared to gold and silver). Can be supplied to the market.
  • the ring 154 may be provided directly on the steering shaft 22 or in the vicinity of the first coil 82a or the second coil 82b. Since no adjustment is required, the first torque sensor 50A can be easily manufactured and can be downsized.
  • the ring 154 is composed of a member made separately from the steering shaft 22, unlike the case where it is integrally formed with the steering shaft 22, one or a plurality of rings 154 are connected to the steering shaft 22 with an alternating magnetic flux.
  • the first torque sensor 50A can be easily manufactured because it can be freely assembled at a position where the passage of ⁇ is effectively blocked.
  • any metal of tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), indium (In), and cadmium (Cd) is provided between the magnetostrictive film 80 and the steering shaft 22.
  • the intermediate film 156 made of an alloy containing either of them as a main component is provided.
  • the steering shaft 22 requires mechanical strength. For this reason, an iron alloy is used as a base material, and the strength must be ensured by heat treatment, which is easily affected by magnetization.
  • the cylindrical ring 154 is integrally fixed by press-fitting in the vicinity of the magnetostrictive film 80, for example, in the vicinity of the right end of the intermediate film 156 in FIG. 27, the alternating magnetic flux ⁇ into the steering shaft 22 is fixed. Can be blocked.
  • the distance dc from the right end of the intermediate film 156 to the left end of the ring 154 is preferably in the range of 0 ⁇ interval ⁇ 10 mm, but may be more than that.
  • the ring 154 may be provided in the vicinity of the left end of the intermediate film 156 in FIG. 27 or may be provided in the vicinity of both ends of the intermediate film 156.
  • the second preferred specific example is different in that a cylindrical ring 154 is fixed in the vicinity of the upper opening 91 in the inner wall surface of the resin portion 90 in the first housing portion 88a. Specifically, the ring 154 is fixed between the seal member 104 installed in the vicinity of the opening 91 of the resin portion 90 and the resin portion 90. Of course, the ring 154 may be fixed to a portion near the worm wheel 58 in addition to the vicinity of the opening 91 described above. Also in the second preferred embodiment, the sensor signal output from the first torque sensor 50A is suppressed because the passage of the alternating magnetic flux ⁇ to the steering shaft 22 is suppressed as in the first preferred embodiment described above. Is hardly affected by the alternating magnetic flux ⁇ , and as a result, it is possible to suppress the occurrence of vibration and noise due to noise.
  • a magnetostrictive torque sensor (hereinafter referred to as a second torque sensor 50B) according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the second torque sensor 50B has substantially the same configuration as the first torque sensor 50A described above, but the configuration of the metal member 96 having the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 is different.
  • the metal member 96 is not resin-molded on the resin portion 90 but is bent in a substantially L-shaped longitudinal section, the upper end surface abuts on the flange portion including the lower surface of the connector 98 of the resin portion 90, and the cylindrical portion
  • the flange portion 94 of the metal member 96 is fixed to the second housing portion 88b with the bolt 106 in a state where the 92 is pressed against the resin portion 90. Therefore, the cylindrical portion 92 is slightly inclined with respect to the axial direction of the steering shaft 22 when viewed in a longitudinal section.
  • a ring-shaped adjustment plate 116 is interposed between the bent portion of the metal member 96 and the resin portion 90. Also good.
  • the metal member 96 made of an iron alloy is used in the first torque sensor 50A.
  • the metal member 96 (and the adjustment plate 116) is a non-magnetic good conductor (for example, an aluminum alloy). Or copper alloy).
  • an aluminum alloy will be described as an example.
  • the metal member 96 includes the cylindrical portion 92 and the flange portion 94 having a gradient slightly inclined with respect to the axial direction of the steering shaft 22 when viewed in a longitudinal section. Since aluminum alloy is non-magnetic, it does not pass alternating magnetic flux ⁇ . Moreover, when the alternating magnetic flux ⁇ attempts to pass through the cylindrical portion 92, an eddy current flows on the circumference of the cylindrical portion 92, thereby preventing the alternating magnetic flux ⁇ from passing therethrough. In this case, the higher the conductivity (the lower the electrical resistance), the greater the effect of blocking the passage of the alternating magnetic flux ⁇ . Accordingly, copper alloy is more effective than aluminum alloy, and silver and gold are more effective than copper alloy.
  • the resin portion 90 is accommodated with the bobbin 84 around which the first coil 82a and the second coil 82b are wound. Since the connector 98 containing the plurality of pins 100 to which the various ends of the first coil 82a and the second coil 82b are connected is made of resin, the various ends of the first coil 82a and the second coil 82b are used. The parts do not come into contact with each other, and the conduction failure can be solved.
  • the alternating magnetic flux ⁇ is, even if there are electromagnetic devices such as a generator, a solenoid of a fuel injection device, and an electric motor, such as a gasoline vehicle and an electric vehicle driven by an electric motor.
  • the metal member 96 (cylindrical portion 92 and flange portion 94) made of an aluminum alloy of the housing 88 passes through one end of the steering shaft 22 through the outside, and the magnetostrictive film 80, the first coil 82a and the second Not only does it not pass through the coil 82b, but also passes through a farther position, so that the problem that noise is mixed in detection signals such as the first detection voltage and the second detection voltage can be further solved.
  • the second torque sensor 50B has an advantage that it does not adversely affect a steering shaft such as a steering angle sensor or a sensor provided in the vicinity thereof.
  • one magnetostrictive film 80 is formed on the steering shaft 22, and the opposite first anisotropic portion 108a and second anisotropic portion 108b are provided to the magnetostrictive film 80, respectively.
  • two magnetostrictive films (a first magnetostrictive film and a second magnetostrictive film) having different magnetic anisotropies may be formed on the steering shaft 22.
  • the first preferable specific example and the second preferable specific example can be adopted.
  • magnetostrictive torque sensor and the electric power steering apparatus are not limited to the above-described embodiments, and can of course have various configurations without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

　磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置において、第１トルクセンサ（５０Ａ）は、操舵軸（２２）に設けられた１つの磁歪膜（８０）と、該磁歪膜（８０）の磁気特性の変化を検出する第１コイル（８２ａ）及び第２コイル（８２ｂ）と、少なくとも操舵軸（２２）、磁歪膜（８０）、第１コイル（８２ａ）及び第２コイル（８２ｂ）を収容する第１ハウジング部（８８ａ）とを有する。第１ハウジング部（８８ａ）は、樹脂部（９０）と、軟磁性の金属で構成された円筒部（９２）と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部（９４）とを有し、且つ、樹脂部（９０）と円筒部（９２）とフランジ部（９４）とが一体的に形成されて構成されている。

Description

磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置
　本発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、該磁歪式トルクセンサを具備した電動パワーステアリング装置に関する。
　非接触式トルクセンサとして、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用等に用いられている（特開２００４－３０９１８４号公報参照）。
　この種の磁歪式トルクセンサは、磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜及び第２磁歪膜）をシャフトに設けると共に、第１磁歪膜及び第２磁歪膜に対向してそれぞれ第１コイル及び第２コイルを配置して構成されている。そして、シャフトにトルク（よじれ）が加えられると、第１磁歪膜及び第２磁歪膜の透磁率が変化し、これに応じて第１コイル及び第２コイルの各インダクタンスが変化するため、第１コイル及び第２コイルのインピーダンスあるいは誘導電圧の変化としてトルクを検出することができる。
　ところで、特開２００４－３０９１８４号公報等に示す従来の磁歪式トルクセンサは、操舵軸が、軸受けによりアルミ合金からなるハウジングに回転自在に支持される。操舵軸の軸方向中央部の外周面には、上述したように、第１磁歪膜及び第２磁歪膜が、めっき法等により設けられている。また、第１磁歪膜及び第２磁歪膜と対応した位置に第１コイル及び第２コイルが配置されている。これら第１コイル及び第２コイルの巻線の端末は、ハウジングと別体に設けられたコネクタのピンに接続される。そして、第１コイル及び第２コイルがコネクタを介して交流通電されることにより、操舵トルクに応じた第１磁歪膜及び第２磁歪膜の透磁率の変化がインピーダンス変化とされ、このインピーダンス変化が電気信号に変換されることにより、操舵トルクが検出される。
　従来の磁歪式トルクセンサは、アルミ合金製のハウジング内に、多重巻きされた第１コイルと第２コイルを収容する樹脂製のボビンを挿入組み付けた後、第１コイルと第２コイルのそれぞれの巻き始め端と巻き終わり端が、コネクタの挿入穴の近傍にまとめられる。
　電気的に絶縁されたコネクタをハウジングの外方から挿入する前に、コネクタの挿入穴の近傍にまとめられた第１コイルと第２コイルの巻き始め端と巻き終わり端を、予めピンに接続する。そして、コネクタをボルト等でハウジングに固定する。
　このときに、アルミ合金製のハウジングと第１コイルと第２コイルのそれぞれの巻き始め端と巻き終わり端が接触して導通不良を起こすという問題があった。
　この問題を解決するために、例えば図３１に示すような構成のトルクセンサ３００が考えられる。すなわち、樹脂製のボビン３０２に収容された第１コイル３０４ａと第２コイル３０４ｂのそれぞれの巻き始め端と巻き終わり端とコネクタ３０６の対応するピン３０８とを予め接続し、コネクタ３０６を含む全体を樹脂材でモールドして樹脂製ハウジング３１０を作製する。そして、この樹脂製ハウジング３１０をアルミ合金でできた蓋３１２にボルト３１４（例えば３箇所）で固定し、さらに、ボルト３１６でアルミ合金からなる第２ハウジング３１８に固定する。これによって、上述した導通不良を解決することができる。なお、操舵軸３２０には、上述したように、磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜３２２ａ及び第２磁歪膜３２２ｂ）が設けられている。
　しかし、例えばガソリン自動車や電動機駆動の電気自動車では、周囲に発電機や燃料噴射装置のソレノイドや電動機等の電磁機器があり、図３２の実線で示すように、交流磁束Φが操舵軸３２０や第１磁歪膜３２２ａ及び第２磁歪膜３２２ｂや第１コイル３０４ａや第２コイル３０４ｂを通過してトルク検出信号にノイズが混入するという新たな問題がある。もちろん、上述した従来の磁歪式トルクセンサにおいても同様の問題がある。
　このような磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置に用いると、ノイズによる振動が、運転者のステアリングホイールにアシストするモータから伝達して、滑らかな操舵フィーリングを得ることができない。
　このノイズの対策として、ローパスフィルタで除去する方法が考えられるが、ローパスフィルタによる遅れにより、検出信号の応答性が低下し、ダイナミックレンジの広い出力信号を得ることができない。
　本発明は、これらの課題を解決した磁歪式トルクセンサと、該磁歪式トルクセンサを用いて操舵フィーリングを向上させた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
［１］　第１の本発明に係る磁歪式トルクセンサは、軸部材に設けられた磁歪材と、該磁歪材の磁気特性の変化を検出するコイルと、少なくとも前記軸部材、前記磁歪材及びコイルを収容するハウジングとを有する磁歪式トルクセンサであって、前記ハウジングは、樹脂部と、金属で構成された円筒部と、金属で構成されたフランジ部とを有し、且つ、前記樹脂部と前記円筒部と前記フランジ部とが一体的に形成されて構成されていることを特徴とする。
　これにより、交流磁束が軸部材又は磁歪材又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。これは、操舵トルクの検出精度の向上につながる。
［２］　第１の本発明において、前記円筒部は、軟磁性の金属で構成され、前記フランジ部は、軟磁性の金属で構成されていてもよい。これにより、交流磁束がフランジ部及び円筒部を通過することとなって、軸部材又は磁歪膜又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。
［３］　第１の本発明において、前記円筒部は、非磁性の金属で構成され、前記フランジ部は、非磁性の金属で構成されていることを特徴とする。これにより、交流磁束が円筒部及びフランジ部の外側を通過することとなって、軸部材又は磁歪膜又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。
［４］　第１の本発明において、前記円筒部と前記フランジ部とが同じ金属で一体に形成されていてもよい。これにより、円筒部及びフランジ部にて１つの金属部材が構成される。その結果、交流磁束が金属部材を通過し易くなり、あるいは金属部材の外側を通過し易くなり、交番磁界の影響をより受けにくくなる。
［５］　第１の本発明において、前記ハウジングは、前記軸部材の一方の端部寄りの位置であって、且つ、前記磁歪材と前記コイルを収容する位置に配され、前記樹脂部と前記円筒部と前記フランジ部とを有する第１ハウジング部と、前記軸部材の他方の端部寄りの位置に配された金属製の第２ハウジング部とを有し、前記円筒部は、前記第１ハウジングのうち、前記コイルを収容する部位に位置され、前記フランジ部は、前記第１ハウジング部と前記第２ハウジング部との接続部分に位置され、前記樹脂部は、前記コイルと前記円筒部との間に位置されていてもよい。
［６］　第１の本発明において、前記円筒部は、前記軸部材の軸方向に対して傾斜していてもよい。円筒部の勾配を使って、交流磁束を集磁して軸部材の先端部に導くことができる。その結果、交流磁束は軸部材又は磁歪膜又はコイルを一層通過しなくなり、交番磁界の影響をより受けにくくなる。
［７］　第１の本発明において、前記磁歪材及び前記コイルは、前記軸部材の一方の端部寄りに設けられ、前記円筒部は、前記軸部材の一方の端部寄りの開口の大きさが、前記軸部材の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されていてもよい。この場合も、交流磁束を集磁して軸部材の先端部に導くことができるため、交流磁束は軸部材又は磁歪膜又はコイルを一層通過しなくなり、交番磁界の影響をより受けにくくなる。
［８］　第１の本発明において、前記ハウジングは、さらに、前記コイルの巻き始め端が接続されるピンと、前記コイルの巻き終わり端が接続されるピンとを収容し、外部機器と電気的に接続する外部接続部材を有し、前記外部接続部材は、前記樹脂部と一体的に形成されていてもよい。これにより、コイルの各種端部が他の金属部材に接触するということがなくなり、導通不良を解決することができる。
［９］　第１の本発明において、前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていてもよい。この場合、コイル付近の磁束が軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定する。
［１０］　第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、中空の円筒状を有してもよい。円筒状のリングとなるため、軸部材に直接設けることができる。
［１１］　第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記軸部材とは別に作られた部材であってもよい。軸部材に一体に形成された場合と異なり、１つあるいは複数の金属部材を、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができる。
［１２］　第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記コイルの軸方向両端に設けられていてもよい。コイルの軸方向両端に軟磁性の金属部材があることで、その中でしか磁束が通らないため、検出値が安定する。
［１３］　第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、その一部にスリットが形成されていてもよい。軟磁性の金属部材にスリットがあることで、軟磁性の金属部材に渦電流が発生しないため、コイルの磁束を打ち消す方向に磁束は発生せず、感度を低下させることなく、トルクを検出することができる。
［１４］　第１の本発明において、前記磁歪式トルクセンサを収めるハウジングを有し、前記ハウジングは、前記軸部材の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材が設けられていてもよい。ハウジングの外側に出ようとするコイルの磁束が軟磁性の金属部材を通ることとなるため、検出値が安定する。
［１５］　第２の本発明において、運転者が車両のステアリングホイールを操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクセンサは、操舵軸に設けられた磁歪膜と、該磁歪膜の磁気特性の変化を検出するコイルと、少なくとも前記操舵軸、前記磁歪膜及びコイルを収容するハウジングとを有し、前記ハウジングは、樹脂部と、金属で構成された円筒部と、金属で構成されたフランジ部とを有し、且つ、前記樹脂部と前記円筒部と前記フランジ部とが一体的に形成されて構成されていることを特徴とする。
　これにより、電動パワーステアリングを取り巻く環境に、エンジンや発電機、又は電気自動車用電動機の交番磁界が発生しても、操舵軸中を通過しなくなるので、ノイズの発生が無く、振動が減少されて、静粛でしかも応答性の良い滑らかな操舵フィーリングを得ることができるばかりか、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えない。
　以上説明したように、本発明に係る磁歪式トルクセンサによれば、交流磁束が軸部材又は磁歪材又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。その結果、操舵トルクを正確に検出することができる。
　また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、周辺機器において交番磁界が発生しても、操舵軸中を通過しなくなるので、ノイズの発生が無く、振動が減少されて、静粛でしかも応答性の良い滑らかな操舵フィーリングを得ることができるばかりか、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えない。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 第１トルクセンサを一部破断して示す側面図である。 第１トルクセンサの信号処理の一例を示す説明図である。 第１トルクセンサの操舵トルクに対するトルク検出値（検出データ）の変化を示す特性図である。 第１トルクセンサの交番磁束に対する作用を示す説明図である。 図６Ａは樹脂モールドによって第１樹脂部を作製した状態を示す工程図であり、図６Ｂは第１樹脂部と金属部材とを組み付けた状態を示す工程図であり、図６Ｃはモールド金型によって樹脂モールドを行って第１樹脂部、金属部材及び第２樹脂部を含む樹脂モールド部材を作製した状態を示す工程図である。 図７Ａはモールド金型から樹脂モールド部材を離型した状態を示す工程図であり、図７Ｂは樹脂モールド部材の上部にシール部材を挿入することよって第１ハウジング部が作製した状態を示す工程図である。 第１円板及び第２円板を示す斜視図である。 第１円板及び第２円板がない場合の構成を、第１コイル及び第２コイルの交番磁束の磁路と共に示す説明図である。 第１コイル及び第２コイルの交番磁束によるトルク検出値（検出データ）の影響を示す特性図である。 図１１Ａは第１円板及び第２円板の作用を示す説明図であり、図１１Ｂはスリットがない円板の作用を示す説明図である。 第１円板及び第２円板を有する第１トルクセンサを、第１コイル及び第２コイルの交番磁束の磁路と共に示す説明図である。 第１トルクセンサの操舵トルクに対するトルク検出値（検出データ）の変化を示す特性図である。 図１４Ａは第１トルクセンサの要部を一部省略して示す側面図であり、図１４Ｂは従来のトルクセンサの要部を一部省略して示す側面図である。 従来のトルクセンサにおいて、操舵軸をマスキングして磁歪膜を形成した状態を示す工程図である。 図１６Ａは第１磁歪膜及び第２磁歪膜をめっき処理にて形成する過程において、めっき膜表面の電流密度の軸方向のばらつきを示す特性図であり、図１６Ｂは第１磁歪膜及び第２磁歪膜の膜厚の軸方向のばらつきを示す特性図である。 第１磁歪膜及び第２磁歪膜のそれぞれ膜厚が不均一な部分に第１コイル及び第２コイルが対向した場合の出力特性を示す説明図である。 第１磁歪膜及び第２磁歪膜のそれぞれ膜厚が均一な部分に第１コイル及び第２コイルが対向した場合の出力特性を示す説明図である。 本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの製造方法を示す工程ブロック図である。 操舵軸をマスキングして磁歪膜を形成した状態を示す工程図である。 図２１Ａは磁歪膜をめっき処理にて形成する過程において、めっき膜表面の電流密度の軸方向のばらつきを示す特性図であり、図２１Ｂは磁歪膜の膜厚の軸方向のばらつきを示す特性図である。 図２２Ａは磁歪膜の上部を高周波加熱している状態を示す工程図であり、図２２Ｂは磁歪膜の下部を高周波加熱している状態を示す工程図である。 操舵軸へのトルク印加、高周波加熱、冷却、トルク開放のタイミングを示すシーケンス図である。 第１トルクセンサにおいて、第１の好ましい具体例を一部破断して示す側面図である。 第１トルクセンサの操舵軸に固定されるリングを示す斜視図である。 図２６Ａは通常の磁歪式トルクセンサにおいて、操舵軸に交番磁束が通過する状態を示す説明図であり、図２６Ｂは第１トルクセンサにおいて、操舵軸への交番磁束の通過が阻止された状態を示す説明図である。 第１トルクセンサにおいて、中間膜を有する構造を一部破断して示す側面図である。 第１トルクセンサにおいて、第２の好ましい具体例を一部破断して示す側面図である。 第２トルクセンサを一部破断して示す側面図である。 第２トルクセンサの交番磁束に対する作用を示す説明図である。 提案例に係るトルクセンサを一部破断して示す側面図である。 提案例に係るトルクセンサの交番磁束に対する作用を示す説明図である。
　以下、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置の実施の形態例を図１～図３０を参照しながら説明する。
　先ず、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置１０について図１を参照しながら説明する。
　この電動パワーステアリング装置１０は、図１に示すように、運転者がステアリングホイール１２を操作することによって生じた操舵トルクと操舵角が、ステアリング軸１４、第１自在継手１６ａ、中間軸１８、第２自在継手１６ｂ、連結部１７（例えばセレーション）を経由してステアリングギヤボックス２０の操舵軸２２に入力されるようになっている。
　ステアリングギヤボックス２０は、上述した操舵軸２２（軸部材）と、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサである第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ（以下、第１トルクセンサ５０Ａと記す）と、運転者の操舵に対して動力補助するモータ５２（例えばブラシレスモータ）と、このモータ５２の回転トルクを倍力する減速装置５４（ウォーム５６及びウォームホイール５８：図２参照）と、ラック・ピニオンギヤ６０と、該ラック・ピニオンギヤ６０のラックギア６２が形成されたラック軸６４とを有する。
　操舵軸２２は、一方の端部に、ステアリングホイール１２が、ステアリング軸１４、第１自在継手１６ａ、中間軸１８及び第２自在継手１６ｂを介して連結され、他方の端部がラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６を構成している。
　そして、減速装置５４にて倍力された回転トルクは、ラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６を介してラック軸６４の軸方向の推力に変換され、タイロッド６８ａ及び６８ｂを介して左右のタイヤ７０ａ及び７０ｂに伝達される。これにより、ステアリングホイール１２の操舵角に応じてタイヤ７０ａ及び７０ｂが鉛直方向を中心に回転し、車両の向きが変わることになる。
　このとき、制御装置７２（ＥＣＵ）は、少なくとも第１トルクセンサ５０Ａからの信号を基本にして、例えば車速センサ７４等の信号に基づいてモータ５２を駆動制御する。なお、図１では、各種配線、例えば制御装置７２と第１トルクセンサ５０Ａ間の配線、制御装置７２とモータ５２間の配線等を省略して示してある。
　例えば運転者が操作したときの操舵トルクを第１トルクセンサ５０Ａより検出し、制御装置７２を介して第１トルクセンサ５０Ａの出力信号を基に車速センサ７４等からの信号に応じてモータ５２を駆動制御する。このときのモータ発生トルクは、ラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６に作用され、その結果、ステアリングホイール１２を回転するのに必要なトルクが軽減され、運転者の操舵トルク負担を軽減している。
　例えば、操舵トルクをＴｓ、アシスト量ＡHの係数を、例えば一定のｋAとすると、
　　　　ＡH＝ｋA×Ｔｓ
であるから、負荷をピニオントルクＴｐ±で考えると、
　　　　Ｔｐ＝Ｔｓ＋ＡH
　　　　　　＝Ｔｓ＋ｋA×Ｔｓ
であり、その結果、操舵トルクＴｓは、
　　　　Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋA）
となる。
　従って、操舵トルクＴｓは、非アシスト時のピニオントルクＴｐの１／（１＋ｋA）に軽減される。この場合、ｋA＞０又はｋA＝０である。
　なお、車速が高速走行になるに従って、路面からタイヤへの反力が減少することから、ステアリングホイール１２を操作する際の手応え感が減少することになるが、定数ｋAを車速の関数として、車速の増大に伴って小さくすることによって、車両が高速走行になるに従って手応え感が減少するのを抑制することができる。その際にも操舵トルクＴｓを大きくして手応え感を付与することができる。
　そして、第１トルクセンサ５０Ａは、図２に示すように、他方の端部にピニオンギヤ６６が設けられた操舵軸２２の外周面に設けられた１つの磁歪膜８０（磁歪材）と、操舵軸２２に作用される捩りトルクに応じて変化する磁歪膜８０の透磁率の変化を検出する第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂと、これら第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂを収容する１つのボビン８４と、このボビン８４の両端にそれぞれ設置され、スリット８５（図８参照）が形成された軟磁性の良導体（例えば低炭素鉄合金）からなる第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂと、少なくとも操舵軸２２、磁歪膜８０、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ、ボビン８４、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを収容するハウジング８８により構成される。操舵軸２２は、少なくとも中央部分に設置された軸受け、他方の端部に設置された軸受けによりハウジング８８に回転自在に支持されている。なお、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂには、それぞれ図示しない磁気シールド用のバックヨークが取り付けられている。
　ハウジング８８は、図２に示すように、操舵軸２２の一方の端部（ステアリングホイール１２側の端部）寄りの位置であって、且つ、少なくとも磁歪膜８０、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ、ボビン８４、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを収容する位置に配された第１ハウジング部８８ａと、操舵軸２２の他方の端部寄りの位置に配され、且つ、少なくとも減速装置５４を収容する位置に配された金属製の第２ハウジング部８８ｂとを有する。
　第１ハウジング部８８ａは、樹脂部９０と、軟磁性の金属で構成された円筒部９２と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部９４とを有し、且つ、樹脂部９０と円筒部９２とフランジ部９４とが一体的に形成されて構成されている。ここで、「一体的に形成」とは、「一体成型」も含む意である。
　具体的には、円筒部９２は、第１ハウジング部８８ａのうち、少なくとも第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂを収容する部位に位置され、フランジ部９４は、第１ハウジング部８８ａと第２ハウジング部８８ｂとの接続部分に位置され、樹脂部９０は、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂと円筒部９２との間から操舵軸２２の一方の端部寄りにかけて位置されている。図２の例では、円筒部９２とフランジ部９４とは同じ軟磁性の金属で一体に形成されている。従って、以下の説明では、円筒部９２とフランジ部９４とが一体に形成された部材を金属部材９６と記す。
　さらに、円筒部９２は、操舵軸２２の一方の端部寄りの開口の大きさが、操舵軸２２の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されている。従って、円筒部９２は、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対して傾斜した状態となっている。
　また、第１ハウジング部８８ａは、外部機器と電気的に接続するコネクタ９８（外部接続部材）を有する。このコネクタ９８は、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部（巻き始め端、巻き終わり端）が接続された複数のピン１００（第１コイル８２ａの巻き始め端が接続されたピン、第１コイル８２ａの巻き終わり端が接続されたピン、第２コイル８２ｂの巻き始め端が接続されたピン及び第２コイル８２ｂの巻き終わり端が接続されたピン）を収容する。また、このコネクタ９８は、樹脂部９０と一体的に樹脂モールドにて形成され、樹脂部９０の一部として構成されている。
　円筒部９２の上面と樹脂部９０との間には、第１Ｏリング１０２ａが介在され、円筒部９２と一体とされたフランジ部９４の下面と第２ハウジング部８８ｂとの間には、第２Ｏリング１０２ｂが介在され、樹脂部９０の上部と操舵軸２２との間にシール部材１０４が入れられ、さらに、フランジ部９４と第２ハウジング部８８ｂとが例えば３本のボルト１０６により一体的に固定される。この場合、第１Ｏリング１０２ａと第２Ｏリング１０２ｂ及びシール部材１０４により、第１トルクセンサ５０Ａの内部とステアリングギヤボックス２０（図１参照）内の気密は保たれる。
　上述したように、操舵軸２２の一方の端部寄りの外周面には、厚さ５～１００μｍのＦｅ－Ｎｉ系（Ｆｅ－Ｃｏ合金やＳｍＦｅ合金等でも良い）の磁歪材からなる１つの磁歪膜８０が、めっき法（溶射法、スパッタ法や蒸着法、接着法等の製法でもよい）により設けられる。これにより、操舵軸２２の外周面にほぼ均一な膜厚で密着よく成膜することができる。もちろん、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０が形成される外周部分は、機械加工後にアルカリ洗浄や水洗いや酸洗浄等が適宜施され、磁歪膜８０に対する密着性が向上されている。
　この磁歪膜８０には、それぞれ相異なる、すなわち、それぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与され、図４の出力特性に示す検出データＤＴ１とＤＴ２のような逆の勾配を持った特性が得られるようになっている。
　磁歪膜８０への異方性の付与は、後で詳述するが、例えば５～２００Ｎｍ程度（要求によってはこれ以上でもこれ以下でもよい）のそれぞれ逆方向のトルクを印加しながら、例えば高周波誘導加熱のような熱処理法で、例えば３００～５００℃程度になるように数秒から数１００秒、加熱する。これにより、操舵軸２２を介して磁歪膜８０に印加されていたそれぞれ逆方向のトルクによる歪が抜けるため、その後、概ね応力が作用しない状態にする。この状態で常温まで冷却する。なお、加熱によってトルクによる歪が抜かれる原因は、加熱によって磁歪膜８０にクリープが発生したことによるものと考えられる。そして、印加していたトルクを開放すると、磁歪膜８０にそれぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与される。
　第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が、コネクタ９８の複数のピン１００のうち、それぞれ対応するピンに接続され、このコネクタ９８を介して制御装置７２によって第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂが交流通電される。この交流通電により、操舵トルクに応じて生じる磁歪膜８０の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂの透磁率の変化が、それぞれインピーダンス変化として検出され、図３に示すように、インターフェイス部１１０の検出回路においてそれぞれ第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２に変換され、さらに、インターフェイス部１１０のＡ／Ｄ変換器においてデジタルの第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２に変換されて出力される。なお、このインターフェイス部１１０は、制御装置７２内に設けても、ハウジング８８内に設けてもよい。
　これらの透磁率の変化、すなわち、第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２は、インターフェイス部１１０を介して制御装置７２内の演算部１１２に取り込まれ、例えば下式に基づいて、図４の出力特性を有するデジタルデータ（トルク検出データＤＴ３）を得ることができる。
　　　ＤＴ３＝ｋ・（ＤＴ１－ＤＴ２）＋Ｄａ　　（ｋは比例定数）
　得られたトルク検出データＤＴ３に基づいて、上述したように、モータ５２の制御が実施される。
　このように、第１トルクセンサ５０Ａにおいては、樹脂部９０を、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４を収容し、さらに、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が接続された複数のピン１００を収容したコネクタ９８と一体に樹脂にて構成するようにしたので、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂの各種端部が他の金属部材に接触するということがなくなり、導通不良を解決することができる。
　さらに、例えばガソリン自動車や電動機駆動の電気自動車等のように、周囲に発電機や燃料噴射装置のソレノイドや電動機等の電磁機器があっても、図５の実線で示すように、交流磁束Φは、ハウジング８８の金属部分、すなわち、鉄合金からなる金属部材９６（円筒部９２及びフランジ部９４）及び操舵軸２２の一方の端部を通り抜けることになり、磁歪膜８０、第１コイル８２ａ、第２コイル８２ｂを通過しないため、第１検出電圧ＶＴ１、第２検出電圧ＶＴ２等の検出信号にノイズが混入するという課題を解決できる。
　金属部材９６は、上述したように、縦断面がやや勾配を有している円筒部９２とフランジ部９４とを有するので、円筒部９２の勾配を使って、交流磁束Φを集磁して操舵軸２２の先端（第２自在継手１６ｂ側）に導くことができ、操舵軸２２の軸方向中央部分や、磁歪膜８０又は第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂを一層通過しなくなり、交番磁界Φの影響を受けなくなる。
　このような第１トルクセンサ５０Ａを電動パワーステアリング装置１０に導入すると、ノイズによる振動が、運転者のステアリングホイール１２をアシストするモータ５２から伝達することがないので、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
　さらに、従来では、このノイズの対策としてのローパスフィルタで除去する必要があったが、第１トルクセンサ５０Ａではローパスフィルタを不要にできるので、ローパスフィルタによる遅れがなくなり、第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２等の各種信号の応答性を向上することができ、ダイナミックレンジの広い出力信号（トルク検出データＤＴ３）を得ることができ、モータ５２によるアシスト遅れのない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
　また、第１トルクセンサ５０Ａでは、舵角センサ等のような操舵軸２２やその近傍に設けられるセンサに磁気的な悪影響を与えないという利点もある。
　次に、第１トルクセンサ５０Ａの製造方法、特に第１ハウジング部８８ａの製造方法の一例を図６Ａ～図７Ｂを参照しながら説明する。
　先ず、図６Ａに示すように、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４と、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が接続された複数のピン１００とを樹脂モールドして、コネクタ９８が樹脂にて一体的に形成された第１樹脂部９０ａを作製する。
　その後、図６Ｂに示すように、円筒部９２とフランジ部９４とが同じ軟磁性の金属で一体に形成された金属部材９６を用意し、第１樹脂部９０ａと金属部材９６とを第１Ｏリング１０２ａを介して組み付ける。
　その後、図６Ｃに示すように、組み付けた第１樹脂部９０ａと金属部材９６をモールド金型１１２ａ及び１１２ｂ内に投入し、円筒部９２と第１樹脂部９０ａとの間に樹脂を注入して第２樹脂部９０ｂを形成する。このとき、第１樹脂部９０ａと第２樹脂部９０ｂとが一体となって樹脂部９０となり、少なくとも第１コイル８２ａ、第２コイル８２ｂ、ボビン８４、円筒部９２及びフランジ部９４が樹脂モールドされ、コネクタ９８が一体的に形成された樹脂モールド部材１１４が出来上がる。
　そして、図７Ａに示すように、樹脂モールド部材１１４をモールド金型１１２ａ及び１１２ｂから取り出した後、図７Ｂに示すように、樹脂モールド部材１１４の上部にシール部材１０４を挿入することよって、第１ハウジング部８８ａが完成する。
　上述の製造方法を採用することによって、樹脂部９０と、軟磁性の金属で構成された円筒部９２と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部９４とを有し、且つ、樹脂部９０と円筒部９２とフランジ部９４とが一体的に形成されて構成された第１ハウジング部８８ａを容易に作製することができる。
　ここで、スリット８５が形成された第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂの作用と効果について、図８～図１３を用いて説明する。
　最初に、第１円板８６ａや第２円板８６ｂがない場合の影響について図９及び図１０を参照しながら説明する。
　図９に示すように、第１コイル８２ａの回りを取り巻く交番磁束（第１コイル８２ａの磁束Φ１）と、第２コイル８２ｂの回りを取り巻く交番磁束（第２コイル８２ｂの磁束Φ２）のそれぞれの経路の長さが異なり（対称ではない）、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂに検出される出力が異なる。これにより、第１検出データＤＴ１の大きさが設計値と異なることとなり、例えば図１０に示すように、トルクの中央値（第１検出データＤＴ１と第２検出データＤＴ２とが一致するトルク値）が基準値（トルク値＝ゼロ）からＴａだけずれてしまい、それに伴い、演算して求められるトルク検出データＤＴ３も、その傾きやトルクの中央値が設計値と大きくずれてしまう。その結果、右捩り（＋）と左捩り（－）とで検出トルクの大きさが異なるという問題が生じるおそれがある。具体的には、操舵トルクを＋ｃだけ入力すると、出力は、基準値Ｄａから＋ｄｅの値であるが、－ｃだけ入力すると基準値Ｄａから－ｄｆを出力し、対称性が損なわれている。このことにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを低下させるおそれがある。
　さらに、実際には故障していなくても、ＤＴ１＋ＤＴ２によって求められる診断判定値ＤＴ４が安全範囲ｈａを逸脱しやすくなり、その結果、故障と誤判定され、モータ５２によるアシスト制御を停止してしまうおそれがある。
　第１コイル８２ａの磁束Φ１は、操舵軸２２とステアリングホイール１２との間に取り付けられる第１自在継手１６ａや、第２自在継手１６ｂや、中間軸１８や、ステアリング軸１４等の鉄合金の磁気的な影響を受ける。
　従って、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第１自在継手１６ａや、中間軸１８や、第２自在継手１６ｂや、ステアリング軸１４を組み付けると、第１コイル８２ａの磁束Φ１は、ステアリング軸１４まで通ることになり、第２コイル８２ｂの磁束Φ２の経路の長さとは大きく異なる経路を通ることになり、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立てて調整しても自動車として組み立てると検出トルクの値がずれてしまう。
　さらに、磁束Φ１や磁束Φ２が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えるおそれもある。
　これに対して、第１トルクセンサ５０Ａでは、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを取り付けるようにしている。第１円板８６ａと第２円板８６ｂは、軟磁性体である低炭素鉄合金で構成されているため、図１１Ａに示すように、制御装置７２によって交流通電され、例えば交番磁束Φ１を通すが、それ自身は磁化されない性質を有する。従って、図１２に示すように、第１コイル８２ａの回りを取り巻く交番磁束（第１コイル８２ａの交番磁束Φ１）の経路は、第１円板８６ａを通る経路となり、また、第２コイル８２ｂの回りを取り巻く交番磁束（第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２）の経路は、第２円板８６ｂを通る経路となり、それぞれ対称な磁路を形成する。
　次に、図８に示すスリット８５の作用について説明する。先ず、図１１Ｂに示すように、スリット８５を設けない円板８６の場合、例えば交番磁束Φ１が円板８６を通過したとき、渦電流ｉａが発生し、これにより、交番磁束Φ１を打ち消す方向に磁束が発生し、交番磁束Φ１よりも小さい交番磁束Φ３（Φ３＜Φ１）が第１コイル８２ａの回りを取り巻くことになる。つまり、スリット８５を設けない場合、大きな磁束を流すことができず、感度と安定性が低下する。
　一方、本実施の形態では、図１１Ａに示すように、第１円板８６ａと第２円板８６ｂにそれぞれスリット８５を設けるようにしている。この場合、渦電流が発生しないため、大きな磁束を流すことができ、感度と安定性が向上する。また、図１２に示すように、交番磁束Φ１の磁路と交番磁束Φ２の磁路に対称性があることから、図１に示すように、第１自在継手１６ａや中間軸１８や第２自在継手１６ｂやステアリング軸１４が存在しても、操舵トルクの中央値（操舵トルクがゼロのときの検出値）が第１異方性部１０８ａ及び第２異方性部１０８ｂでずれるということがなくなり、図１３に示すように、安定した第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２が得られる。その結果、演算値であるトルク検出データＤＴ３が安定する。しかも、互いに対称とされた第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２の傾きを大きくすることができ、演算値であるトルク検出データＤＴ３の感度を上げることができる。
　さらに、図１３に示すように、第１検出データＤＴ１と第２検出データＤＴ２の加算によって求められる診断判定値ＤＴ４も、安全範囲ｈａを逸脱することがないので、故障と誤判定されることがない。
　従って、ステアリングギヤボックス２０を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第１自在継手１６ａや、中間軸１８や、第２自在継手１６ｂや、ステアリング軸１４を組み付けても、第１コイル８２ａの交番磁束Φ１と、第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２は、それぞれ対称の経路をたどることになるため、安定した出力が得られる。
　しかも、交番磁束Φ１の磁路は、第１コイル８２ａの回りであって、且つ、第１円板８６ａを通る狭い範囲の磁路であり、交番磁束Φ２の磁路は、第２コイル８２ｂの回りであって、且つ、第２円板８６ｂを通る狭い範囲の磁路であることから、交番磁束Φ１や交番磁束Φ２が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えることがない。
　もちろん、感度と安定度の低下が、さほど要求されない場合は、第１円板８６ａと第２円板８６ｂにスリット８５を設けなくてもよい。
　上述の例では、ボビン８４の両端にそれぞれ第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設けるようにしたが、その他、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設置してもよい。例えば操舵軸２２のうち、ボビン８４の上端面に接する部分に第１円板８６ａを設置し、ボビン８４の下端面に接する部分に第２円板８６ｂを設置する等である。また、第１ハウジング部８８ａのうち、磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設置してもよい。例えば第１ハウジング部８８ａのうち、上部の開口部近傍に第１円板８６ａを設置し、下部の開口部近傍に第２円板８６ｂを設置する等である。この場合、第１ハウジング部８８ａの外側に出ようとする第１コイル８２ａの交番磁束Φ１が第１円板８６ａを通り、第１ハウジング部８８ａの外側に出ようとする第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２が第２円板８６ｂを通ることとなるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。
　また、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂは、中空を有する円筒状としたので、上述したように、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを操舵軸２２に直接設けたり、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、第１トルクセンサ５０Ａの作製が容易になると共に、小型化することができる。
　また、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂは、操舵軸２２とは別に作られた部材で構成したので、操舵軸２２に一体に形成された場合と異なり、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができ、第１トルクセンサ５０Ａを容易に作製することができる。
　次に、それぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与された磁歪膜８０について図１４Ａ～図１８を参照しながら説明する。
　第１トルクセンサ５０Ａは、図１４Ａに示すように、操舵軸２２に形成された１つの磁歪膜８０には、それぞれ相異なる、すなわち、それぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与され、図４の出力特性に示す検出データＤＴ１とＤＴ２のような逆の勾配を持った特性が得られるようになっている。第１トルクセンサ５０Ａの第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂには、それぞれ磁気シールド用の第１バックヨーク１５０ａ及び第２バックヨーク１５０ｂが取り付けられている。
　一方、従来の磁歪式トルクセンサ２０８は、図１４Ｂに示すように、操舵軸２０２の表面に例えばＮｉ－Ｆｅめっき処理によって、２つの磁歪膜（第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂ）をそれぞれ上下の位置関係となるように、且つ、それぞれ逆方向の磁気異方性となるように軸方向所定幅で成膜するようにしている。なお、第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂには、それぞれ磁気シールド用の第１バックヨーク２５０ａ及び第２バックヨーク２５０ｂが取り付けられている。
　具体的には、従来の磁歪式トルクセンサ２０８は、Ｎｉ－Ｆｅめっき処理にて第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂを設ける場合、図１５に示すように、操舵軸２１０を第１マスク２５６ａ～第３マスク２５６ｃでマスキングした状態で、めっき浴に浸して電界めっき処理を行うことで、操舵軸２１０に第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂを設けていた。導電体である操舵軸２１０と第１マスク２５６ａ～第３マスク２５６ｃとの境界部分は電気力線が集中するため、図１６Ａに示すように、操舵軸２１０のうち、露出している部分（第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂが形成される部分）の軸方向上端と下端における電流密度が高くなり、その結果、図１６Ｂに示すように、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの軸方向上端と下端における膜厚が局部的に厚くなり、膜厚の不均一な部分が形成される。図１７に示すように、第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂがこの不均一な部分に対向すると、出力特性（第１コイル２４６ａからの検出信号ＶＴ１及び第２コイル２４６ｂからの検出信号ＶＴ２）が変化してしまい、例えば、操舵トルクがゼロのときの電圧（中点電圧）及びゲインが、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂで異なる、若しくは電圧（中点電圧）及びゲインが不均一な部分に対向しない時と異なるという不都合が生じる。
　これを避けるために、従来では、図１８に示すように、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの軸方向寸法を第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂに対して長くして、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの各中央部の膜厚が一定の部分に、第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂが対向するように位置決めして、中点電圧及びゲインが、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂで一致するようにしていた。膜厚の不均一な部分は、第１磁歪膜２４４ａで上下２箇所、第２磁歪膜２４４ｂで上下２箇所、合計４箇所あり、これを避けて第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂを配置するためには、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの軸方向に沿った長さを大きくする必要があり、しかも、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂ間のギャップ２４８も、第３マスク２５６ｃの関係で、狭くできないことから、磁歪式トルクセンサ２０８の全体の長さが大きくなり、磁歪式トルクセンサ２０８が設置される電動パワーステアリング装置が大型化するという問題がある。
　一方、第１トルクセンサ５０Ａは、操舵軸２２の外周面に設けた１つの磁歪膜８０に、異なる複数の磁気異方性（第１異方性部１０８ａ及び第２異方性部１０８ｂ）を設けたので、図２０に示すように、マスクとしては、第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂで済み（第３マスク２５６ｃが不要）、膜厚の不均一な部分は、磁歪膜８０の上端と下端のみとなる。第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂは、この２箇所を避ければよいので、磁歪膜８０の軸方向長さを短くすることができ、第１トルクセンサ５０Ａの全体の長さを従来よりも短くすることができる。
　具体的な寸法を想定して、第１トルクセンサ５０Ａと従来の磁歪式トルクセンサ２０８との違いを説明する。
　例えば従来の磁歪式トルクセンサ２０８では、図１４Ｂに示すように、第１磁歪膜２４４ａの膜厚が均一な部分の軸方向の長さＬａは、第１コイル２４６ａとの位置ずれを考慮すると８～１０ｍｍであり、膜厚が不均一な部分（上端部分及び下端部分）の軸方向の長さＬｂ１及びＬｂ２はそれぞれ１～２ｍｍである。第２磁歪膜２４４ｂも、膜厚が均一な部分の軸方向の長さＬｃは第２コイル２４６ｂとの位置ずれを考慮すると８～１０ｍｍであり、膜厚が不均一な部分（上端部分及び下端部分）の軸方向の長さＬｄ１及びＬｄ２はそれぞれ１～２ｍｍである。しかも、第１磁歪膜２４４ａと第２磁歪膜２４４ｂ間のギャップ２４８の長さＬｇは、第３マスク２５６ｃ（図１５参照）の寸法に支配され、７～１０ｍｍ程度である。従って、第１磁歪膜２４４ａの上端から第２磁歪膜２４４ｂの下端までの長さＬｅは、２７～３８ｍｍとなる。
　一方、第１トルクセンサ５０Ａでは、図１４Ａに示すように、磁歪膜８０の膜厚が不均一な部分（上端部分及び下端部分）の軸方向の長さＬｆ１及びＬｆ２はそれぞれ１～２ｍｍであるため、膜厚が均一な部分の軸方向の長さＬｉは全体の長さＬｈから２～４ｍｍ差し引いた長さとなる。もちろん、磁歪膜８０の軸方向中央は、磁気異方性が区別できる程度の長さＬｊ（＝１～２ｍｍ）が必要であることから、第１異方性部１０８ａの軸方向長さＬＫ１を第１コイル８２ａとの位置ずれを考慮して８～１０ｍｍに設定し、第２異方性部１０８ｂの軸方向長さＬＫ２を第２コイル８２ｂとの位置ずれを考慮して８～１０ｍｍに設定したとき、磁歪膜８０の上端から下端までの長さＬｈは、１９～２６ｍｍとなり、従来の場合よりも大幅に短くすることができる。
　このように、第１トルクセンサ５０Ａは、磁歪膜８０の軸方向の長さを従来と比して大幅に短くすることができ、その結果、操舵軸２２全体の軸方向の長さも短くすることができ、第１トルクセンサ５０Ａが設置される電動パワーステアリング装置１０の小型化を有効に図ることができる。
　次に、第１トルクセンサ５０Ａの製造方法について図１９～図２３を参照しながら説明する。
　本実施の形態の製造方法は、図１９に示すように、磁歪膜形成工程Ｓ１と、第１トルク印加工程Ｓ２と、トルク印加状態での第１高周波加熱工程Ｓ３と、トルク印加状態での第１冷却工程Ｓ４と、第１トルク開放工程Ｓ５と、第２トルク印加工程Ｓ６と、トルク印加状態での第２高周波加熱工程Ｓ７と、トルク印加状態での第２冷却工程Ｓ８と、第２トルク開放工程Ｓ９と、コイル配置工程Ｓ１０とを有する。
　磁歪膜形成工程Ｓ１は、図２０に示すように、例えば操舵軸２２の一方の端部に第１マスク２５６ａを設置し、操舵軸２２の他方の端部から長手方向中央部に第２マスク２５６ｂを設置して、後に磁歪膜８０が形成される部分のみを露出させる。従来使用していた第３マスク２５６ｃ（図１５参照）は設置する必要はない。その後、第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂが設置された操舵軸２２をめっき浴に浸して電界めっき処理（例えばＮｉ－Ｆｅめっき処理）を施して、露出した部分に、膜厚が約４０μｍの磁歪膜８０を形成する。
　上述のめっき処理によって、導電体である操舵軸２２と第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂとの各境界部は電気力線が集中する。そのため、図２１Ａに示すように、操舵軸２２のうち、露出している部分（磁歪膜８０が形成される部分）の軸方向上端と下端における電流密度が高くなり、その結果、図２１Ｂに示すように、磁歪膜８０の軸方向上端と下端における膜厚が局部的に厚くなり、磁歪膜８０の軸方向上端と下端に、膜厚の不均一な部分が形成される。
　第１トルク印加工程Ｓ２は、操舵軸２２に捩りトルクを一方向に印加する工程である。操舵軸２２に印加する捩りトルクは、磁歪膜８０の主成分が鉄ニッケルであれば５０Ｎｍ以上、１００Ｎｍ以下である。
　トルク印加状態での第１高周波加熱工程Ｓ３は、図２２Ａに示すように、第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂを取り外した後、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程で、磁歪膜８０の上部に所定方向の磁気異方性を設ける目的で行う。このときの熱処理は、磁歪膜８０のうち、上部の周囲を加熱コイル１５２で囲み、この加熱コイル１５２に高周波の電流を流し、磁歪膜８０を所定時間加熱する。
　トルク印加状態での第１冷却工程Ｓ４は、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で常温まで冷却する工程である。
　第１トルク開放工程Ｓ５は、操舵軸２２から捩りトルクを開放することによって、磁歪膜８０の上部に磁気異方性を設ける工程である。これにより、磁歪膜８０の上部に第１異方性部１０８ａが設けられることとなる。
　次に、第２トルク印加工程Ｓ６は、操舵軸２２に捩りトルクを今度は他方向（一方向とは逆の方向）に印加する工程である。操舵軸２２に印加する捩りトルクは、５０Ｎｍ以上、１００Ｎｍ以下である。
　トルク印加状態での第２高周波加熱工程Ｓ７は、図２２Ｂに示すように、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程で、磁歪膜８０の下部に所定方向の磁気異方性を設ける目的で行う。このときの熱処理は、磁歪膜８０のうち、下部の周囲を加熱コイル１５２で囲み、この加熱コイル１５２に高周波の電流を流し、磁歪膜８０を所定時間加熱する。
　トルク印加状態での第２冷却工程Ｓ８は、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で常温まで冷却する工程である。
　第２トルク開放工程Ｓ９は、操舵軸２２から捩りトルクを開放することによって、磁歪膜８０の下部に磁気異方性を設ける工程である。これにより、磁歪膜８０の下部に第２異方性部１０８ｂが設けられることとなる。
　コイル配置工程Ｓ１０は、磁歪膜８０の周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイル（第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ）を配置する工程である。
　上述の工程を経ることによって、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ５０Ａが作製される。
　次に、上記の工程のうち主要な工程であるトルク印加工程（Ｓ２、Ｓ６）、高周波加熱工程（Ｓ３、Ｓ７）、冷却工程（Ｓ４、Ｓ８）、トルク開放工程（Ｓ５、Ｓ９）について詳細に説明する。
　操舵軸２２の材質は、例えばクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ－Ｇ－４１０５、記号；ＳＣＭ）である。磁歪膜８０は、操舵軸２２の外周面にめっき処理で形成したＮｉ－Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは、好ましくは５～４０μｍである。Ｎｉ－Ｆｅ系の合金膜は、Ｆｅを概ね３５重量％含んだ場合、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなＦｅ含有量の材料を使用することが望ましい。
　そして、図２２Ａに示すように、磁歪膜８０に一方向の異方性を付与するための処理を行う。すなわち、磁歪膜８０の上部（第１異方性部１０８ａとなる部分）を囲むように加熱コイル１５２を配置し、次いで、操舵軸２２に例えば１００Ｎｍの捩りトルクを一方向に印加する（第１トルク印加工程Ｓ２）。そして、捩りトルクを一方向に印加しながら、加熱コイル１５２に５００ｋＨｚ～３ＭＨｚ程度の高周波の電流を１～１０秒間流して、磁歪膜８０の上部を高周波加熱する（第１高周波加熱工程Ｓ３）。
　図２３は、操舵軸２２へのトルク印加、高周波加熱、冷却、トルク開放のタイミングを示すシーケンス図である。横軸は時間であり、縦軸は、印加するトルクあるいは温度である。高周波を印加する前に、操舵軸２２に捩りトルクＴｒを印加する。その後、加熱コイル１５２に高周波の電流を時間Ｔｕ（＝１～１０秒）流す。磁歪膜８０の上部の温度がＴｍｐ（３００℃）まで上がった時点で加熱コイル１５２への高周波電流の供給を停止する。その後、捩りトルクＴｒを印加した状態で冷却を行う（第１冷却工程Ｓ４）。この冷却は自然冷却でもよい。磁歪膜８０の上部の温度が減少し、温度Ｔｍｈ（例えば室温）になったときに、捩りトルクＴｒの印加を停止する（第１トルク開放工程Ｓ５）。これらの工程を経ることによって、磁歪膜８０の上部に第１異方性部１０８ａが形成される。
　次に、磁歪膜８０に他方向の異方性を付与するための処理を行う。すなわち、図２２Ｂに示すように、磁歪膜８０の下部（第２異方性部１０８ｂとなる部分）を囲むように加熱コイル１５２を配置し、次いで、操舵軸２２に例えば１００Ｎｍの捩りトルクを今度は他方向（一方向とは逆の方向）に印加する（第２トルク印加工程Ｓ６）。捩りトルクを他方向に印加しながら、加熱コイル１５２に５００ｋＨｚ～３ＭＨｚ程度の高周波の電流をＴｕ＝１～１０秒間流して、磁歪膜８０の上部を高周波加熱する（第２高周波加熱工程Ｓ７）。その後、上述と同様に、磁歪膜８０の下部の温度がＴｍｐ（３００℃）まで上がった時点で加熱コイル１５２への高周波電流の供給を停止し、捩りトルクを印加した状態で冷却を行い（第２冷却工程Ｓ８）、磁歪膜８０の下部の温度が温度Ｔｍｈ（例えば室温）になったときに、トルク印加を停止する（第２トルク開放工程Ｓ９）。これらの工程を経ることによって、磁歪膜８０の下部に第２異方性部１０８ｂが形成される。
　このように、高周波加熱によって磁歪膜８０を加熱するため、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように磁歪膜８０を局所的に加熱することが可能となり、１つの磁歪膜８０に異なる複数の磁気異方性を正確に設けることができる。
　次に、第１トルクセンサ５０Ａのさらなる好ましい態様について図２４～図２８を参照しながら説明する。
　先ず、第１の好ましい具体例は、図２４に示すように、操舵軸２２のうち、一方の端部寄りの位置にリング１５４を固定する。例えばリング１５４は、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０の上端とシール部材１０４の下端との間に固定される。リング１５４の上端からシール部材１０４の下端までの間隔は、例えば０ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲である。リング１５４は、良導体（電気抵抗が小さい）である非磁性材料、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等で構成されており、体積抵抗率が小さい。この例では、Ａｌ材にて構成されている。また、このリング１５４は、操舵軸２２の径方向外側に渦電流を発生することができる厚みを有することが好ましい。例えば図２５に示すように、寸法として、軸方向の長さｈが１～５ｍｍ、径方向の厚みｔが１～５ｍｍが挙げられるがそれ以外でもよい。
　ここで、リング１５４の作用について説明する。
　例えばエンジンや発電機、工業用モータ等の近くに、第１トルクセンサ５０Ａが設置されると、回転機械の磁束Φが漏れて、図２６Ａに示すように、操舵軸２２の母材中を貫通するが、図２４に示す第１トルクセンサ５０Ａでは、操舵軸２２にリング１５４を設けているので、回転機械の磁束が漏れていても、図２６Ｂに示すように、操舵軸２２の母材中を貫通することはない。
　これは、図２６Ａに示すような交番磁束Φが操舵軸２２を貫通してリング１５４を通ろうとすると、リング１５４に渦電流が発生して、操舵軸２２内を通過しようとする交番磁束Φを打ち消す方向に磁束が発生することによる。その結果、操舵軸２２内への交番磁束Φの通過を有効に阻止することできる。もちろん、リング１５４は電気抵抗が小さいので、交番磁束Φの一部が熱となって消費される。操舵軸２２内への通過を阻止された交番磁束Φは、ほかの経路を通ることになる。体積抵抗率が小さい程、リング１５４にて発生する渦電流が大きくなるため、交番磁束Φの阻止効果がより大きくなる。また、磁歪膜８０の両端近傍にそれぞれリング１５４を設置しても、交番磁束Φの阻止効果をより大きくすることができる。
　このように、第１トルクセンサ５０Ａにおいては、操舵軸２２への交番磁束Φの通過が抑制されることから、第１トルクセンサ５０Ａから出力されるセンサ信号は、交番磁束Φによる影響をほとんど受けなくなり、その結果、ノイズによる振動の発生や異音の発生を抑制することができる。
　また、上述した異音発生の対策としてのローパスフィルタを設置する必要がないため、ローパスフィルタに起因する遅れがなく、高い応答性、すなわち、ダイナミックレンジの広い出力信号を得ることができる。また、リング１５４をアルミ材で製作したので、組み立て製作がし易く、しかも価格が安く入手しやすい（金や銀に比べて）材料なので、第１トルクセンサ５０Ａを低価格で製作でき、安定して市場に供給できる。
　さらに、円筒状のリング１５４としたので、リング１５４を操舵軸２２に直接設けたり、第１コイル８２ａや第２コイル８２ｂの近傍等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、第１トルクセンサ５０Ａの作製が容易になると共に、小型化することができる。
　また、リング１５４は、操舵軸２２とは別に作られた部材で構成したので、操舵軸２２に一体に形成された場合と異なり、１つあるいは複数のリング１５４を、操舵軸２２への交番磁束Φの通過を有効に阻止する位置に、自由に組み付けることができ、第１トルクセンサ５０Ａを容易に作製することができる。
　また、図２７に示すように、磁歪膜８０と操舵軸２２との間に、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、カドミウム（Ｃｄ）のいずれかの金属、あるいはいずれかを主成分とする合金による中間膜１５６を設けた場合においても同様である。この例においても、操舵軸２２には機械的な強度を必要とする。そのため、鉄合金を母材とし、さらに、熱処理により強度を確保しなければならず、磁化の影響を受けやすい。
　しかし、円筒状のリング１５４を、磁歪膜８０の近傍、例えば図２７中、中間膜１５６の右端の近傍に、圧入により一体的に固定するようにしたので、操舵軸２２内への交番磁束Φの通過を阻止することができる。なお、中間膜１５６の右端からリング１５４の左端までの間隔ｄｃは、０≦間隔≦１０ｍｍの範囲が望ましいがそれ以上でもよい。この場合も、リング１５４は、図２７中、中間膜１５６の左端の近傍でもよいし、中間膜１５６の両端の近傍にそれぞれ設けてもよい。
　次に、第２の好ましい具体例について説明する。この第２の好ましい具体例は、図２８に示すように、第１ハウジング部８８ａにおける樹脂部９０の内壁面のうち、上部の開口部９１近傍に円筒状のリング１５４を固定した点で異なる。具体的には、樹脂部９０の開口部９１の近傍に設置されたシール部材１０４と樹脂部９０との間にリング１５４が固定される。もちろん、リング１５４は、上述した開口部９１の近傍に加えて、ウォームホイール５８寄りの部分に固定してもよい。この第２の好ましい具体例においても、上述した第１の好ましい具体例と同様に、操舵軸２２への交番磁束Φの通過が抑制されることから、第１トルクセンサ５０Ａから出力されるセンサ信号は、交番磁束Φによる影響をほとんど受けなくなり、その結果、ノイズによる振動の発生や異音の発生を抑制することができる。
　次に、第２の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ（以下、第２トルクセンサ５０Ｂと記す）について図２９及び図３０を参照しながら説明する。
　この第２トルクセンサ５０Ｂは、上述した第１トルクセンサ５０Ａとほぼ同様の構成を有するが、円筒部９２とフランジ部９４とを有する金属部材９６の構成が異なる。
　すなわち、金属部材９６は、樹脂部９０に樹脂モールドされず、縦断面ほぼＬ字状に屈曲されて構成され、上部端面を樹脂部９０のコネクタ９８の下面を含むフランジ部分に当接し、円筒部９２を樹脂部９０に押し付けた状態で金属部材９６のフランジ部９４をボルト１０６によって第２ハウジング部８８ｂに固定することで取り付けられている。従って、円筒部９２は、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対してわずかに傾斜した状態となっている。なお、金属部材９６の上部端面を樹脂部９０のフランジ部分に確実に当接させるために、金属部材９６の屈曲部分と樹脂部９０との間にリング状の調整板１１６を介在させるようにしてもよい。
　また、第１トルクセンサ５０Ａでは、鉄合金で構成された金属部材９６を用いたが、この第２トルクセンサ５０Ｂでは、金属部材９６（及び調整板１１６）は、非磁性の良導体（例えばアルミ合金や銅合金等）で構成されている。ここではアルミ合金を例にとって説明する。
　金属部材９６は、上述したように、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対してわずかに傾斜した勾配を有する円筒部９２とフランジ部９４とを有する。アルミ合金は非磁性なので交番磁束Φを通さない。しかも、円筒部９２内に交番磁束Φが通過しようとすると、円筒部９２の円周上に渦電流が流れ、交番磁束Φの通過を阻止する。この場合、導電率が高い（電気抵抗が低い）ほど交番磁束Φの通過を阻止する効果が大きい。従って、アルミ合金よりも銅合金、銅合金よりも銀や金の方が効果が大きい。
　また、非磁性の良導体、例えばアルミ合金の場合、円筒部９２の縦断面形状に勾配をつけなくても十分な効果を有する。
　このように、この第２トルクセンサ５０Ｂにおいても、第１トルクセンサ５０Ａと同様に、樹脂部９０を、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４を収容し、さらに、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が接続された複数のピン１００を収容したコネクタ９８と一体に樹脂にて構成するようにしたので、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂの各種端部が接触するということがなくなり、導通不良を解決することができる。
　さらに、例えばガソリン自動車や電動機駆動の電気自動車のように、周囲に発電機や燃料噴射装置のソレノイドや電動機等の電磁機器があっても、図３０の実線で示すように、交流磁束Φは、ハウジング８８のアルミ合金からなる金属部材９６（円筒部９２及びフランジ部９４）の外側を通過して操舵軸２２の一方の端部を通り抜けることになり、磁歪膜８０、第１コイル８２ａや第２コイル８２ｂを通過しないばかりか、より一層遠い位置を通過するので、第１検出電圧、第２検出電圧等の検出信号にノイズが混入するという課題を一層解決できる。
　このような第２トルクセンサ５０Ｂを電動パワーステアリング装置１０に導入すると、ノイズによる振動が、運転者のステアリングホイール１２をアシストするモータ５２から伝達することがないので、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
　さらに、従来では、このノイズの対策としてのローパスフィルタで除去する必要があったが、第２トルクセンサ５０Ｂではローパスフィルタを不要にできるので、ローパスフィルタによる遅れがなくなり、第１検出電圧、第２検出電圧等の検出信号の応答性を向上することができ、ダイナミックレンジの広い出力信号（トルク検出データＤＴ３）を得ることができ、モータ５２によるアシスト遅れのない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
　また、第２トルクセンサ５０Ｂでは、舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに磁気的な悪影響を与えないという利点もある。
　上述の例では、操舵軸２２に１つの磁歪膜８０を成膜して、該磁歪膜８０にそれぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂを付与するようにしたが、その他、操舵軸２２にそれぞれ磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜及び第２磁歪膜）を成膜してもよい。
　この第２トルクセンサ５０Ｂにおいても、図２４～図２８に示すように、第１の好ましい具体例及び第２の好ましい具体例を採用することができる。
　なお、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (15)

  1. 　軸部材（２２）に設けられた磁歪材（８０）と、該磁歪材（８０）の磁気特性の変化を検出するコイル（８２ａ，８２ｂ）と、少なくとも前記軸部材（２２）、前記磁歪材（８０）及び前記コイル（８２ａ，８２ｂ）を収容するハウジング（８８）とを有する磁歪式トルクセンサであって、
    　前記ハウジング（８８）は、樹脂部（９０）と、金属で構成された円筒部（９２）と、金属で構成されたフランジ部（９４）とを有し、且つ、前記樹脂部（９０）と前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とが一体的に形成されて構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  2. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記円筒部（９２）は、軟磁性の金属で構成され、
    　前記フランジ部（９４）は、軟磁性の金属で構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  3. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記円筒部（９２）は、非磁性の金属で構成され、
    　前記フランジ部（９４）は、非磁性の金属で構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  4. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とが同じ金属で一体に形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  5. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記ハウジング（８８）は、
    　前記軸部材（２２）の一方の端部寄りの位置であって、且つ、前記磁歪材（８０）と前記コイル（８２ａ，８２ｂ）を収容する位置に配され、前記樹脂部（９０）と前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とを有する第１ハウジング部（８８ａ）と、
    　前記軸部材（２２）の他方の端部寄りの位置に配された金属製の第２ハウジング部（８８ｂ）とを有し、
    　前記円筒部（９２）は、前記第１ハウジング（８８ａ）のうち、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）を収容する部位に位置され、
    　前記フランジ部（９４）は、前記第１ハウジング部（８８ａ）と前記第２ハウジング部（８８ｂ）との接続部分に位置され、
    　前記樹脂部（９０）は、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）と前記円筒部（９２）との間に位置されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  6. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記円筒部（９２）は、前記軸部材（２２）の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  7. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記磁歪材（８０）及び前記コイル（８２ａ，８２ｂ）は、前記軸部材（２２）の一方の端部寄りに設けられ、
    　前記円筒部（９２）は、前記軸部材（２２）の一方の端部寄りの開口の大きさが、前記軸部材（２２）の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  8. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記ハウジング（８８）は、さらに、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の巻き始め端が接続されるピンと、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の巻き終わり端が接続されるピンとを収容し、外部機器と電気的に接続する外部接続部材（９８）を有し、
    　前記外部接続部材（９８）は、前記樹脂部（９０）と一体的に形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  9. 　請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の近傍に軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  10. 　請求項９記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、中空の円筒状を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  11. 　請求項９記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、前記軸部材（２２）とは別に作られた部材であることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  12. 　請求項９記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の軸方向両端に設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  13. 　請求項９記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、その一部にスリット（８５）が形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  14. 　請求項９記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    　前記磁歪式トルクセンサを収めるハウジング（８８）を有し、
    　前記ハウジング（８８）は、前記軸部材（２２）の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
  15. 　運転者が車両のステアリングホイール（１２）を操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（５０Ａ）を有し、モータ（５２）の動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、
    　前記操舵トルクセンサ（５０Ａ）は、
    　操舵軸（２２）に設けられた磁歪膜（８０）と、該磁歪膜（８０）の磁気特性の変化を検出するコイル（８２ａ，８２ｂ）と、少なくとも前記操舵軸（２２）、前記磁歪膜（８０）及びコイル（８２ａ，８２ｂ）を収容するハウジング（８８）とを有し、
    　前記ハウジング（８８）は、樹脂部（９０）と、金属で構成された円筒部（９２）と、金属で構成されたフランジ部（９４）とを有し、且つ、前記樹脂部（９０）と前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とが一体的に形成されて構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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